Integration of R744 and R290 Heat Pumps for Two-family Houses

Abstract

Forbruk av varmt tappevann og romoppvarming er store energiposter, og st˚ar for det meste av energien som leveres til boliger i kalde klima. Varmepumpesystemer utnytter energi i omgivelsene for ˚a redusere bruk av elektrisk strøm til oppvarming. I dag er bruken av varmepumper for oppvarming av varmt tappevann utilstrekkelig, mye grunnet begrensninger i de konvensjonelle varmepumpene p˚a markedet. ˚A standardisere fremtidsrettede varmepumper med naturlige kjølemedier, for boliger, kapable til ˚a dekke behovet for varmt tappevann og romoppvarming kan derfor sterkt redusere behovet for elektrisk energi i kaldere klima, og med det redusere CO2 utslipp. Denne rapporten beskriver metodene for ˚a lage en digital replika av et varmepumpesystem i Dymola for ˚a kunne simulere og analysere effekter av endringer i grensebetingelser eller implementering av ny maskinvare og programvare. Varmepumpesystemet dekker behov til rom- og tappevannsoppvarmingmed naturlige kjølemedier, en karbondioksid (R744/CO2) varmepumpe som varmer tappevann og gulvvarme, og en propan (R290) varmepumpe som løfter temperaturen p˚a tur-vannet ved behov. Kartlegging av ytelsen til disse oppvarmingssystemene kan bruker til ˚a videre utvilke standardiserte varmepumper for romog varmtvannsoppvarming i boligbygg.

Domestic hot water (DHW) and space heating are significant energy demands consuming most of the energy delivered to residential buildings in colder climates. Heat pumping systems utilise surrounding energy to reduce the use of electrical power. Today the utilisation of heat pumps for DHW and space heating is limited, largely due to limitations in conventional heat pumps and accessibility. Standardising contemporary heat pumps with natural refrigerants, capable of also heating DHW for use in residential buildings, can, therefore, significantly reduce the electrical power consumption in colder climates and, in turn, reduce CO2 emissions. This report describes the methods of creating a digital heat pump system replica in Dymola to simulate and analyse the effects of changes to boundary conditions or the implementation of new hardware and software. The heat pumping system covers DHW and space heating demands with natural working fluids, a carbon dioxide (R744/CO2) heat pump heating both hydronic and domestic hot water and a propane (R290) heat pump reheating hydronic supply water. Documenting the performance of these systems can be used to further develop standardised heat pumps for space and DHW heating in residential buildings.