References of "Scholzen, Frank 50003040"
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Peer Reviewed
See detailInfluence of Thermal Energy Storage and Heat Pump Parametrization for Demand-Side-Management in a Nearly-Zero-Energy-Building using Model Predictive Control
Bechtel, Steffen UL; Rafii-Tabrizi, Sasan UL; Scholzen, Frank UL et al

in Energy and Buildings (2020), 226

The rollout of the supply dependent generators wind turbines and photovoltaics leads to a flexibility demand that can be adressed from the consumer side, via Demand-Side-Management, as well. In single ... [more ▼]

The rollout of the supply dependent generators wind turbines and photovoltaics leads to a flexibility demand that can be adressed from the consumer side, via Demand-Side-Management, as well. In single family houses, the heat pump, in combination with thermal energy storage, can shift their energy comsumption according to price signals in order to reduce consumer costs. This paper analyses the impact of different heat storage sizes and heat pump powers on cost savings and shifting potential, focussing on the Luxembourgish context, when variable electricity prices based on the electricity market are applied. A model predictive controller determines the cost-optimal operating cycles of the heat pump. The building’s heat demand is predicted with the help of a neural network. The results of the parametric study show significant differences in energy efficiency and cost savings. Furthermore limitations of taking advantage of variable electicity prices due to the price structure are disclosed. The cost savings however do not give a sufficient incentive for the consumer to invest in optimizing the heating system for Demand-Side-Management purposes. By consequence, the potential and the efficiency of Demand-Side-Management are limited and further incentives are necessary. [less ▲]

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See detailWärmemarktstudie für das Großherzogtum Luxemburg - Eine Analyse des Wärmemarktes im Kontext nationaler Rahmenbedingungen und energiepolitischer Zielsetzungen
Bechtel, Steffen UL; Scholzen, Frank UL

Report (2020)

Die im Klimaplan (PNEC) festgehaltenen Klimaziele Luxemburgs erfordern einen erfolgreichen Roll-Out von Wärmepumpen. Über die Marktposition der Wärmepumpe ist jedoch wenig bekannt. Diese Studie entstand ... [more ▼]

Die im Klimaplan (PNEC) festgehaltenen Klimaziele Luxemburgs erfordern einen erfolgreichen Roll-Out von Wärmepumpen. Über die Marktposition der Wärmepumpe ist jedoch wenig bekannt. Diese Studie entstand in Kooperation mit nationalen Herstellern, Großhändlern und Distributoren und zeigt wesentliche Trends im Wärmemarkt, die auch auf energiepolitische Gesetzgebung zurückzuführen sind. [less ▲]

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See detailInbetriebnahme und Monitoring einer Feldtestfläche zur außenliegenden Lufttemperierung
Schmidt, Christoph Wilhelm UL; Altgeld, Horst; Groß, Bodo et al

in Völker, Conrad; Kornadt, Oliver; Jentsch, Mark (Eds.) et al Schriftenreihe der Professur Bauphysik, Bauphysiktage 2019 in Weimar - Bauphysik in Forschung und Praxis (2019, September 25)

Der Beitrag ist inhaltlich dem Forschungsprojekt „Low Exergy Utilisation - Einsatz von außen-liegender Wandtemperierung bei der Gebäudesanierung - Feldtest, CO2- Wärmepumpe mit Eisspeicher“ (kurz LEXU II ... [more ▼]

Der Beitrag ist inhaltlich dem Forschungsprojekt „Low Exergy Utilisation - Einsatz von außen-liegender Wandtemperierung bei der Gebäudesanierung - Feldtest, CO2- Wärmepumpe mit Eisspeicher“ (kurz LEXU II, Förderkennzeichen 0327370Y) zugeordnet. Im Rahmen des Pro-jektes wurde ein Großdemonstrator mit außenliegender Wand- und Lufttemperierung (kurz aWT & aLT) zusammen mit einem niederexergetischen Versorgungssystem, bestehend aus Eisspeicher, Wärmepumpe und PVT-Hybridkollektoren realisiert. Zur Heizperiode 2018/19 wurde die „Feldtestanlage“ in Betrieb genommen, sodass derzeit Messdaten generiert wer-den. In dem Forschungsprojekt wird der Demonstrator über eine Heizperiode und eine Kühl-periode messtechnisch begleitet und ausgewertet. Dabei wird der Großdemonstrator und alle Komponenten umfassend messtechnisch ausgewertet (~300 Messwerte). Ziel des Beitrags ist eine Darstellung der Grundlagen der außenliegenden Lufttemperierung, als niederexergetische und schnell regelbare Ergänzung zur außenliegenden Wandtemperie-rung. Bei der außenliegenden Lufttemperierung wird zwischen thermisch aktivierter Be-standswand und neuem Wärmedämm-Verbundsystem ein Luftspalt geschaffen, durch den Außenluft geführt und temperiert werden kann. Diese temperierte Außenluft wird dem dahin-terliegenden Raum (im Feldtest ein Büroraum mit rund 20 m² Grundfläche und zwei Arbeits-plätzen) als Frischluft zur Verfügung gestellt. Aufbauend auf den Grundlagen wird die Inbe-triebnahme der bereits umgesetzten Feldtestfläche mit möglichen Regelstrategien geschildert. Abschließend sollen erste Messergebnisse der Feldtestfläche dargestellt und diskutiert wer-den. Interessant sind hier vor allem (im Vergleich zur außenliegenden Wandtemperierung) die möglichen Zeitkonstanten und die erreichbaren Wärmeströme nach Innen (z.B. mögliche Wärmeübertragung als Kombination aus Konvektion im Luftspalt und Wärmeleitung durch die Bestandswand). Themengebiet: Energieeffiziente Gebäude & Bauphysik und Sanierung & Behaglichkeit und Raumklima [less ▲]

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See detailAuswertung eines Großdemonstrators mit außenliegender Wandtemperierung, Wärmepumpe, Eisspeicher und PTV-Hybridkollektoren
Schmidt, Christoph Wilhelm UL; Altgeld, Horst; Groß, Bodo et al

in Völker, Conrad; Kornadt, Oliver; Jentsch, Mark (Eds.) et al Schriftenreihe der Professur Bauphysik, Bauphysiktage 2019 in Weimar - Bauphysik in Forschung und Praxis (2019, September 25)

Der Beitrag ist inhaltlich dem Forschungsprojekt „Low Exergy Utilisation - Einsatz von außen-liegender Wandtemperierung bei der Gebäudesanierung - Feldtest, CO2- Wärmepumpe mit Eisspeicher“ (kurz LEXU II ... [more ▼]

Der Beitrag ist inhaltlich dem Forschungsprojekt „Low Exergy Utilisation - Einsatz von außen-liegender Wandtemperierung bei der Gebäudesanierung - Feldtest, CO2- Wärmepumpe mit Eisspeicher“ (kurz LEXU II, Förderkennzeichen 0327370Y) zugeordnet. Im Rahmen des Pro-jektes wurde ein Großdemonstrator mit außenliegender Wand- und Lufttemperierung (kurz aWT & aLT) zusammen mit einem niederexergetischen Versorgungssystem, bestehend aus Eisspeicher, Wärmepumpe und PVT-Hybridkollektoren realisiert. Zur Heizperiode 2018/19 wurde die „Feldtestanlage“ in Betrieb genommen, sodass derzeit Messdaten generiert wer-den. In dem Forschungsprojekt wird der Demonstrator über eine Heizperiode und eine Kühl-periode messtechnisch begleitet und ausgewertet. Dabei wird der Großdemonstrator und alle Komponenten umfassend messtechnisch ausgewertet (~300 Messwerte). Ziel des Beitrags ist eine Darstellung der messtechnischen Auswertung des Großdemonstra-tors über die aktuelle Heizperiode (2018/19) und die anstehende Kühlperiode (2019). Der Fo-kus der Auswertung liegt auf der Feldtestfassade der außenliegenden Wandtemperierung und adressiert die folgenden Fragestellungen: - Konnten die theoretischen Ergebnisse aus Berechnung und Simulation reproduziert werden? - Welche Heizleistungen sind über die außenliegende Wandtemperierung übertragbar? - Welches Fazit kann nach dem Betrieb der Anlage/Feldtestfläche über ca. ein Jahr ge-zogen werden? Je nach aktuellem Stand der begleitenden Simulations- und Potentialstudien können auch hier erste Ergebnisse präsentiert werden. Inhaltlich baut der Beitrag auf dem Beitrag „Außen-liegende Wand- und Lufttemperierung: Umsetzung eines Großdemonstrators“ von den Bau-physiktagen 2017 in Kaiserslautern auf. Im Anschluss an die dort beschriebene Umsetzung soll nun ein Fazit bzgl. Umsetzung, Monitoring und Simulation gezogen werden. [less ▲]

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See detailEvaluation von bauphysikalischen Vormessungen im Rahmen von komplexen Innendämmprojekten
Latz, Sebastian Joachim UL; Thewes, Andreas; Scholzen, Frank UL et al

in Vogel, Albert (Ed.) Bauphysiktage 2019 in Weimar - Bauphysik in Forschung und Praxis (2019, September 25)

The installation of internal insulation systems within the scope of refurbishment changes the hygrothermal behaviour of the existing masonry of a building in the long term. The internal insulation layer ... [more ▼]

The installation of internal insulation systems within the scope of refurbishment changes the hygrothermal behaviour of the existing masonry of a building in the long term. The internal insulation layer reduces the temperature of the masonry during the heating period and considerably reduces the drying potential. If the moisture content is too high due to the absorption of driving rain from the outside and moisture from the interior climate, the masonry may be permanently damaged and mould may form. The proof of function can be achieved by hygrothermal simulations. These simulations require the input of sensitive boundary conditions and different material parameters. In order to obtain precise simulation results, these input values should be validated by building physics measurements. In order to be able to better assess the simulation parameters, various physical measurements for the preparation of a field test for interior insulation systems in a conference room were carried out on behalf of the administration of the bâtiments publics at the University of Luxembourg as part of the research project "Possibilities and limitations of interior insulation in the renovation of public buildings in Luxembourg". [less ▲]

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Peer Reviewed
See detailOptimal Operation of Nearly Zero Energy Buildings using Mixed Integer Linear Programming
Rafii-Tabrizi, Sasan UL; Hadji-Minaglou, Jean-Régis UL; Scholzen, Frank UL et al

Scientific Conference (2019, September 10)

This paper proposes a deterministic mixed integer linear programming model for the optimal operation of an energy system providing thermal and electrical energy for a residential and commercial nearly ... [more ▼]

This paper proposes a deterministic mixed integer linear programming model for the optimal operation of an energy system providing thermal and electrical energy for a residential and commercial nearly zero energy building. The space heating and space cooling demand of the buildings is simulated using a resistive-capacitive model within a quadratic program respectively. Thermal energy for space heating, space cooling and domestic hot water is buffered in thermal energy storage systems. A dual source heat pump provides thermal energy for space heating and domestic hot water, whereas space cooling is covered by an underground ice storage. The environmental energy sources of the heat pump are ice storage or wind infrared sensitive collectors. The collectors are further used to regenerate the ice storage. Further space heating demands are covered by a combined heat and power unit, which also produces electricity. Photovoltaic panels produce electrical energy which can be stored in a battery storage system. The electrical energy system is capable of selling and buying electricity from the public power grid. A mixed integer linear programming model is developed to minimise the operation cost of the combined commercial and residential nearly zero energy building over a scheduling horizon of 24h. The developed model is tested on two typical days, which are representative for the summer and winter season. Furthermore, it is investigated how external incentives such as varying electricity prices impact the optimal scheduling of the energy system. [less ▲]

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Peer Reviewed
See detailDemand-Side-Management Potentials for Heat-Pumps in Residential Buildings
Bechtel, Steffen UL; Rafii-Tabrizi, Sasan UL; Scholzen, Frank UL et al

Scientific Conference (2019, September 02)

The rollout of volatile renewable energies, within the European Union creates a need for flexibility, which in turn can be solved with Demand-Side-Management. Heat pumps in single-family houses can ... [more ▼]

The rollout of volatile renewable energies, within the European Union creates a need for flexibility, which in turn can be solved with Demand-Side-Management. Heat pumps in single-family houses can contribute by adapting their consumption towards price signals, boosting the integration of renewable energies at the same time. Studies so far only focus on Nearly-Zero-Energy-Buildings neglecting the potential of buildings with lower energy standard. This paper illustrates the load shifting potential of two reference-building types by the means of thermal simulation. Therefore, a designed control unit adapts the operation times of the heat pump according to spot market price signals while simultaneously sustaining indoor comfort. The results show remarkable cost reductions achieved by load shifting for both cases. In addition, the approach of this study facilitates the projection of Demand-Side-Management potentials of whole regions. [less ▲]

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Peer Reviewed
See detailMixed Integer Linear Programming Model for the Optimal Operation of a Dual Source Heat Pump
Rafii-Tabrizi, Sasan UL; Hadji-Minaglou, Jean-Régis UL; Scholzen, Frank UL

Scientific Conference (2019, April 24)

This paper presents a mixed integer linear programming (MILP) model to optimally operate a dual source heat pump (DSHP). The DSHP draws environmental energy from an underground ice storage tank (IST) or ... [more ▼]

This paper presents a mixed integer linear programming (MILP) model to optimally operate a dual source heat pump (DSHP). The DSHP draws environmental energy from an underground ice storage tank (IST) or wind infrared sensitive collectors (WISC). WISC is further used to regenerate the IST. The thermal output of the DSHP is stored in a thermal energy storage (TES). A single-objective optimization approach is applied to minimize the operational cost of the DSHP over a scheduling horizon of 24h. The developed framework is tested on various days, which are representative for each season of the year. Furthermore, it is investigated how variable electricity price market data influence the dynamic behaviour of the DSHP. [less ▲]

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Peer Reviewed
See detailModellierung und Validierung von Simulationsansätzen für die aussenliegende Lufttemperierung
Schmidt, Christoph Wilhelm; Scholzen, Frank UL; Maas, Stefan UL et al

in Tagungsband BauSim 2018 (2018, September)

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See detailLEXU II „Low Exergy Wall & Air Tempering for Building Refurbishment“
Schmidt, Christoph Wilhelm; Scholzen, Frank UL

Scientific Conference (2018, April 20)

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Peer Reviewed
See detailImpact of the height imperfections of masonry blocks on the load bearing capacity of dry-stack masonry walls
Chewe Ngapeya, Gelen Gael UL; Waldmann, Danièle UL; Scholzen, Frank UL

in Journal of Construction and Building Materials (TOP10 journal) (2018), 165

Dry-stacked masonry walls gives rise to geometric imperfections: the height variation of different masonry blocks ΔH and the roughness of the support area Δh. This paper studies the effect of ΔH on the ... [more ▼]

Dry-stacked masonry walls gives rise to geometric imperfections: the height variation of different masonry blocks ΔH and the roughness of the support area Δh. This paper studies the effect of ΔH on the structural response and the load bearing capacity of masonry walls by highlighting the load percolation. Furthermore, an algorithm was developed to define a stress multiplier coefficient respecting the imperfections ΔH. The algorithm allowed predicting 77% of the amplified stress compared to the FE analysis and showed that the geometric imperfections govern the load percolation in a wall as well as the cracking mode and the bearing capacity. [less ▲]

Detailed reference viewed: 249 (66 UL)
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See detailEntwicklung einer Regelungsstrategie für eine PVT-basierte CO2-Wärmepumpe
Rullof, Johannes UL; Lambers, Klaus Jürgen; Blieske, Ulf et al

in KI - Kälte Luft Klimatechnik (2018), 01-02

Die Kombination aus thermischen Absorber und Photovoltaik (PV) in einem Hybrid-Modul (PVT-Modul) vereint PV mit der (solarthermischen) Verdampfung des Kältemittels CO2 als Teilprozess einer Wärmepumpe und ... [more ▼]

Die Kombination aus thermischen Absorber und Photovoltaik (PV) in einem Hybrid-Modul (PVT-Modul) vereint PV mit der (solarthermischen) Verdampfung des Kältemittels CO2 als Teilprozess einer Wärmepumpe und kann zukünftig eine Alternative zu Luft-Wärmepumpen sein. Im Rahmen dieses Beitrags wird auf die Entwicklung einer Regelungsstrategie der PVT-basierten Wärmepumpe eingegangen, welche verschiedene Betriebsmodi in Abhängigkeit von dem Solarstrahlungsangebot sowie der Umgebungstemperatur vorsieht. [less ▲]

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Peer Reviewed
See detailDevelopment of a Control Strategy for a PVT-based CO2 Heat Pump
Rullof, Johannes UL; Lambers, Klaus Jürgen; Blieske, Ulf et al

in Proceedings of 7th International Energy and Sustainability Conference (IESC) (2018)

In recent years, the possibility of combining photovoltaics (PV) and solar thermal collectors into one solar hybrid module (PVT-module) has been increasingly investigated. PVT-modules produce thermal and ... [more ▼]

In recent years, the possibility of combining photovoltaics (PV) and solar thermal collectors into one solar hybrid module (PVT-module) has been increasingly investigated. PVT-modules produce thermal and electrical energy at the same time. Since the efficiency of a photovoltaic module decreases with increasing temperature, the temperature of the heat transfer media is often limited to about 30 °C and the PVT-module is combined with a heat pump, which increases the temperature on the “warm side”. A common approach is to integrate the PVT-module directly as an evaporator in a heat pump system (PVT-direct). This paper presents the development of a control strategy for a PVT-based CO2 heat pump that takes into account solar radiation, ambient temperature, wind speed, evaporator temperature and compressor power. The developed control strategy provides different operating modes depending on the solar radiation supply as well as the ambient temperature. [less ▲]

Detailed reference viewed: 77 (2 UL)
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See detailModellierung eines PVT-basierten Wärmepumpensystems auf der Basis von CO2 Direktverdampfung
Rullof, Johannes UL; Lambers, Klaus Jürgen; Blieske, Ulf et al

in Proceedings of Deutsche Kälte- und Klimatagung DKV 2018 (2018)

Die Systemkombination aus Wärmepumpe und solarthermischen Absorber, basierend auf freier Konvektion und Strahlung, und Photovoltaik (PV) in einem Modul (PVT-Modul) kann aufgrund der Reduzierung des ... [more ▼]

Die Systemkombination aus Wärmepumpe und solarthermischen Absorber, basierend auf freier Konvektion und Strahlung, und Photovoltaik (PV) in einem Modul (PVT-Modul) kann aufgrund der Reduzierung des Heizwärmebedarfs von Gebäuden und des verstärkten Betriebs von Wärmepumpen während der Niedrigstrompreiszeiten am Tage und dem damit verbundenen höheren Strahlungsanteil der Umweltwärme zukünftig eine Alternative zu zwangskonvektions-basierten Luft-Wärmepumpen sein. Der Beitrag beschäftigt sich mit einem CO2-Wärmepumpensystem, bestehend aus einem neuartigen Solar-Hybridmodul, welches einen mikrokanal-basierten Verdampfer einer CO2-Wärmepumpe mit einem PV-Modul vereint (PVT-direkt). Um die Machbarkeit des neuartigen PVT-direkt-Wärmepumpensystems zu demonstrieren, wird im Rahmen eines Forschungsprojekts ein funktionsfähiges PVT-direkt-Modul konstruiert und schließlich als Teil eines CO2-Wärmepumpensystems getestet und modelliert. Die Besonderheit der Kombination eines thermischen Absorbers mit einer Wärmepumpe liegt in der Erschließung der Solarenergie und Umgebungsenergie als Energiequelle. Hierbei ist die Kenntnis über die thermische Leistung des PVT-Moduls unter anderem durch den konvektiven Wärmeübergang zwischen dem PVT-Modul und der Umgebung relevant. Sowohl der Modulneigungswinkel (Anströmwinkel) und die Windrichtung (Azimutwinkel) haben einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf den resultierenden Wärmeübergangskoeffi-zienten der erzwungenen Konvektion. Da im Rahmen einer Literaturrecherche keine für das PVT-Modul direkt zu übertragenden experimentelle Untersuchungen und Berechnungsgrundlagen zur Bestimmung des konvektiven Wärmeübergangs gefunden werden konnten, wurde mit Hilfe der Software ANSYS Fluent eine CFD-Simulation zum konvektiven Wärmeübergang am PVT-Modul durchgeführt, deren Ergebnisse in dieser Arbeit präsentiert werden. [less ▲]

Detailed reference viewed: 56 (5 UL)
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See detailEntwicklung eines PV/Thermie-basierten Wärmepumpensystems auf der Basis von CO2 Direktverdampfung
Rullof, Johannes UL; Lambers, Klaus Jürgen; Blieske, Ulf et al

Poster (2018)

Detailed reference viewed: 42 (0 UL)
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See detailEntwicklung eines PVT-basierten CO2- Wärmepumpensystems
Rullof, Johannes UL; Lambers, Klaus Jürgen; Blieske, Ulf et al

in KI - Kälte Luft Klimatechnik (2017), 8-9

Die Kombination aus thermischen Absorber und Photovoltaik (PV) in einem Hybrid-Modul (PVT-Modul) vereint PV mit der (solarthermischen) Verdampfung des Kältemittels CO2 als Teilprozess einer Wärmepumpe und ... [more ▼]

Die Kombination aus thermischen Absorber und Photovoltaik (PV) in einem Hybrid-Modul (PVT-Modul) vereint PV mit der (solarthermischen) Verdampfung des Kältemittels CO2 als Teilprozess einer Wärmepumpe und kann zukünftig eine Alternative zu Luft-Wärmepumpen sein. Im Rahmen dieses Beitrags wird auf die Motivation und die Konstruktion eines funktionsfähigen PVT-Moduls eingegangen. [less ▲]

Detailed reference viewed: 76 (5 UL)
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Peer Reviewed
See detailThermal Model of a Solar Hybrid Module as the Heat Source for a CO2 Heat Pump
Rullof, Johannes UL; Lambers, Klaus Jürgen; Blieske, Ulf et al

in Proceedings of 2017 International Energy and Sustainability Conference (IESC 2016) (2017)

In recent years, the possibility of combining photovoltaics (PV) and solar thermal collectors into one solar hybrid module (PVT-module) has been increasingly investigated. PVT-modules produce thermal and ... [more ▼]

In recent years, the possibility of combining photovoltaics (PV) and solar thermal collectors into one solar hybrid module (PVT-module) has been increasingly investigated. PVT-modules produce thermal and electrical energy at the same time. Since the efficiency of a photovoltaic module decreases with increasing temperature, the temperature of the heat transfer media is often limited to about 30 °C and the PVT-module is combined with a heat pump, which increases the temperature on the “warm side”. A common approach is to integrate the PVT-module directly as an evaporator in a heat pump system (PVT-direct). This paper presents a thermal model of a PVT-direct module as the heat source for a R744/CO2 heat pump. Due to the combined effect of flow channel patterns, solar radia-tion, the ambient conditions and possible condensation and frost formation, heat transfer and thermal distribution conditions of the PVT-direct evaporator are inevitably com-plicated to determine. The proposed thermal model of this hybrid solar module that has CO2 direct evaporation in microchannels will be used to simulate the behavior of the module under different climatic operating conditions. Fur-thermore, it will quantify all energy inputs and/or losses as well as their influence on the total energy supplied by the PVT-module. This will be used to investigate the overall CO2-PVT heat pump system performance in prospective simulations. [less ▲]

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