Design of a zero-emission building with renewable energy sources in Simulink/MATLAB

Abstract

This study focuses on designing and simulating a residential zero-emission building (ZEB) integrated with Renewable Energy Sources (RES), such as photovoltaic (PV) panels, and an energy management algorithm. The aim is to optimize energy performance by increasing the self-consumption of locally generated RES and minimizing reliance on the grid. A dynamic simulation model was created in MATLAB/Simulink to mimic real building energy behaviour, accounting for heating, ventilation, air conditioning (HVAC), and household appliances. The energy management algorithm balances supply and demand, improves efficiency, and maximizes economic benefits. The simulation was tested on a building in Valladolid, considering three weather conditions: typical day, coldest day, and hottest day of the year. The results showed that energy deficits were reduced by up to 62%, demonstrating that smart energy management can effectively reduce energy waste and unmet demand, enhancing both environmental and economic performance in residential buildings.

Este estudio aborda el diseño y la simulación de un edificio residencial de cero emisiones (ZEB) con fuentes de energía renovable (FER), como paneles fotovoltaicos (FV), y un algoritmo de gestión energética. El objetivo es optimizar el rendimiento energético del edificio, maximizando el autoconsumo de energía renovable y minimizando la dependencia de la red eléctrica. Se desarrolló un modelo dinámico en MATLAB/Simulink para simular el comportamiento energético del edificio, considerando cargas como calefacción, ventilación, aire acondicionado (HVAC) y electrodomésticos. Un algoritmo inteligente de gestión energética se implementó para equilibrar la oferta y la demanda, mejorar la eficiencia y maximizar los beneficios económicos. El modelo se aplicó a un edificio en Valladolid bajo tres condiciones climáticas. Los resultados mostraron una mejora significativa en la reducción de déficits energéticos, alcanzando hasta un 62%. Este enfoque contribuye a la mejora ambiental y económica en la edificación residencial.