| dc.description.abstract | Denne masteroppgaven er en fortsettelse av en tidligere prosjektoppgave og evaluerer bruken av spill-varmekilder for å lage varmtvann til et leilighetsområde. Hovedfokuset er på en oversvømmet fordamper og en CO2 varmepumpe for varmtvannsberedning.
Relevant litteratur om lav-temperaturs fjernvarme, termisk energilagring og gråvann vil bli gjennomgått som en innføring i prinsippene bak oppgaven. Teori om konvektiv og konduktiv varmeovergang og varmepumper vil også bli gjennomgått for å gi en forståelse for hvordan modellene ble laget. I metodedelen vil det være en systembeskrivelse og forklaring av modellutviklingen i Python og Dymola. Varme fra en nærliggende skøytehall vil bli brukt i en varmepumpe med et naturlig arbeidsmedium som gir romoppvarming til leiligheten på vinteren og kjøler dem ned på sommeren. Om sommeren vil varmen fra denne varmepumpen bli overført til en gråvannstank som samler opp gråvann fra dusj, vaskemaskiner og oppvaskmaskiner. Gråvannet vil bli brukt som varmekilde til en CO2 varmepumpe som har en oversvømmet fordamper. Denne fordamperen er valgt for å øke varme brukt til fordampning og røret er spoleformet for å øke varmeoverføringen mer. Et ekstra rør vil også være i fordamperen der vann fra utløpet fra romoppvarmings varmepumpen er brukt som kilde.
Det daglige behovet for varmtvann er 1165 kWh og varmepumpen er derfor designet for å tilføre 60 kW siden den er på 20 timer om dagen. Fordamperen må derfor tilføre 41,8 kW.
Fordamperen ble testet for en rekke hastigheter og må holde en minimums hastighet på 4 m/s for å tilføre nok varme. Med denne hastigheten er det totale varmeovergangstallet 3900 W/m2K og må være 18m langt. Utløpstemperaturen er da 3°C fordi lengden øker betydelig hvis det skal kjøles ned ytterligere. Med dette temperaturfallet overføres 51 kW med varme og trykktapet vil være på 7,2 bar. Det er mer effektivt med et enkelt rør enn å dele det opp i flere små. Dette er fordi rørlengen blir lenger for mindre rør siden diameteren minker. Det fører også til høyere totalt trykktap som betyr at mer pumpekraft trengs. Varmepumpemodellen i Dymola resulterte i en COP på 3 og varmtvannet når en temperatur på 75°C. Gasskjøleren har dermed en kapasitet på 60 kW. Gråvannet i denne modellen overfører 45,8 kW og har en utløpstemperatur på 5,8°C
En grov kostnadsanalyse ble gjennomført og det er mulig å spare 8420 kr hver måned hvis en sammenligner strøm til varmepumpen med å overføre all varmen fra fjernvarmenettet. | |
| dc.description.abstract | This thesis is a continuation of previous project work and evaluates solutions for using waste heat sources to supply DHW for a building area. The main consideration is a flooded CO2 evaporator and a DHW heat pump.
Relevant literature on low-temperature district heating, thermal energy storage, and greywater will be review to give an idea of the concepts in the thesis. Theory and equations for convective and conductive heat transfer as well as heat pumps are also reviewed to understand how the models were developed. In the method section, a system description and explanation of the development of the models in Python and Dymola is included. Heat from the ice skating rink will be used in a natural working fluid heat pump to supply radiant space heating, and during the summer it will supply cooling. During summer mode, when cooling is provided, the heat from the condenser will be transferred to a GW tank. This tank will collect GW from showers, dishwashers, and washing machines which will be used as a source for a DHW CO2 heat pump. This heat pump has a flooded evaporator with a coiled pipe to increase heat transfer. To avoid fouling due to impurities the GW must have a high velocity and has a backup coil since there is not enough GW to supply all the heat. The second coil uses the outlet from the space heating heat pump evaporator as a source.
The demand for hot water has a maximum daily demand of 1165 kWh and the heat pump is designed to supply 60 kW because it will operate 20 hours every day. The capacity of the evaporator has to be 41,8 kW
The evaporator was tested for a range of velocities, but in order to supply sufficient heat to the heat pump, the velocity was chosen to be 4m/s. At this velocity, the overall heat transfer coefficient is 3900 W/m2K and must be 18m long. The minimum water outlet temperature is 3°C before excessive pipe length is needed to reduce the temperature further. With this temperature drop, it can provide 51 kW of heat and the coil experiences a pressure drop of 7,2 bar. The most efficient heat transfer happens when using a single-coil compared to several smaller coils because the decrease in diameter will increase the length of the pipe and the pressure drop. The heat pump model resulted in a COP of 3 and a DHW temperature of 75°C. This means that the gascooler capacity is 60 kW. The GW in this model transfers 45,8 kW with an outlet temperature of 5,8°C.
A preliminary cost analysis has been made and the saving potential is 8420 kr every month when considering the price of electricity to the DHW heat pump compared to supplying the heat from the district heating network. | |
