| dc.description.abstract | Et integrert energisystem som består av en høytemperatur varmepumpe, termisk energilager i bakken, et solcelle paneler, et batteri og et termisk energilager ble modellert i Matlab og undersøkt. Høytemperatur varmepumpen ble modellert som en kaskadevarmepumpe som bruker propan i den nedre delen, og en zeotropisk blanding i den øvre delen. Den zeotropiske blandingen består av 5% karbondioksid og 95% butan.
Simuleringen er basert på værdata fra Oslo i 2005. Energisystemet skulle simuleres hver time hele året. På grunn av noen interne problemer i programvaren og noen feil i koden, var simuleringen ganske begrenset. Hele energisystemet ble simulert kun i en kort periode i juni, mens andre komponenter ble simulert for hele året. Ved hver iterasjon ble det beregnet varmebehov, elektrisk energi og tilgjengelig varme som avgjorde driften av varmepumpen.
Varmepumpen drev med en COP på 3, når fordampningstemperaturen var 34 °C og kondenseringstrykket var 1825 kPa, noe som resulterte i en temperaturøkning på 76 °C. Varmepumpen var dimensjonert for å produsere 250 kW, og maksimal kapasitet på varmelageret og batteriet var henholdsvis 1000 kWh og 250 kWh. Temperaturglidingen til kjølemediet i kondensatoren var 29 °C, som passet ganske bra til vannet som ble varmet opp 38 °C.
Resultatene viste at varmebehovet i løpet av en kort periode i juni ble dekket i nesten hele perioden, men i løpet av få timer fungerte energisystemet utilstrekkelig. I denne perioden var varmebehovet fra fjernvarmeanlegget lavt og solinnstrålingen høy, sammenlignet med de andre årstidene. Dette viser at i de andre årstidene vil energisystemet fungere utilstrekkelig i lengre perioder, oftere.
Hovedmangelen ved energisystemet er de lave varmekildetemperaturene i løpet av året. Solcelle panelene er ikke i stand til å produsere nok varme de fleste delene av året, noe som resulterer i lave fordampningstemperaturer. I tillegg er ytelsen til varmepumpen ganske dårlig. En optimalisering av temperaturer og trykknivåer i de to trinnene bør utføres for å øke ytelsen. Basert på resultatene presentert i oppgaven, bør et større areal av solcelle panelene brukes for å øke varmekildetemperaturen. En annen varmekilde kan også brukes. Varmekapasiteten til varmepumpen kan også være større, og også den maksimale varmekapasiteten til den termiske lagringen | |
| dc.description.abstract | An integrated energy system that consists of a high temperature heat pump (HTHP),a borehole thermal energy storage (BTES), a photovoltaic/thermal (PVT) system, a battery, and a thermal energy storage (TES) was modelled in Matlab and investigated. The high temperature heat pump was modelled as a cascade heat pump using propane in the low stage (LS), and a zeotropic mixture in the high stage (HS). The zeotropic mixture consist of 5% Carbon Dioxide (CO2) and 95% Butane.
The simulation is based on weather data from Oslo, Norway in 2005. The energy system was supposed to be simulated every hour throughout the year. Due to some internal problems in the software and some malfunctions in the code, the simulation was quite restricted. The entire energy system was simulated only for a short period in June, while other components were simulated over the entire year. At every iteration, heat demand, electric power and heat available was calculated which decided the operation of the heat pump.
The heat pump operated with a coefficient of performance (COP) of 3, when the evaporation temperature was 34 °C and the condensing pressure was 1825 kPa, resulting in a temperature rise of 76 °C. The heat pump was dimensioned to produce 250 kW, and the maximum capacity of the TES and battery was 1000 kWh, and 250 kWh, respectively. The temperature glide of the refrigerant in the condenser was 29 °C, which was a quite good match to the water which was heated 38 °C.
The results showed that during a short period in June, the heat demand was covered for in almost the entire period, but in a few hours the energy system was operating insufficiently. During this period, the heat demand from the district heating system was low and the solar irradiance was high, compared to the other seasons. This shows that during the other seasons the energy system will be operating insufficiently for longer periods, more frequently.
The main shortcoming of the energy system is the low heat source temperatures during the year. The PVT system is unable to produce enough heat for most parts of the year, resulting in low evaporation temperatures. Additionally, the performance of the heat pump is quite poor. An optimization of the temperatures and pressure levels in the two stages should be conducted in order to increase performance. Based on the results presented in the thesis, a larger area of the PVT panels should be used in order to increase the heat source temperature. A second heat source could be used, as well. The heat capacity of the heat pump could also be larger, and also the maximum heat capacity of the TES. | |
