Integration of high temperature heat pumps with natural working fluids into a neighborhood energy system
Description
Full text not available
Abstract
Det er flere eksisterende teknologier som er tilgjengelig for anvendelse av høytemperaturvarmepumper. Høytemperatursvarmepumper kan brukes til varmtvannsberedning og romoppvarming.De kan også brukes til industrielle formål for å øke systemeffektivitetenved å bruke overskuddsvarme fra spillvann til å levere varme ved høyere temperaturer forindustrielle prosesser. Økt bruk av varmepumper kan redusere klimagassutslipp betydeligog redusere avhengigheten av fossilt brensel. Likevel, er det fortsatt noen utfordringer sombegrenser bruken av høytemperatursvarmepumper.
Valg av kjølemedie for varmesyklusen spiller en sentral rolle for temperaturøkningen etsystem kan oppnå. Kigali-endringene har begrenset bruken av flere typer kjølemediersom har vist seg å ha negative påvirkninger på ozonlaget, samt øke det globale oppvarmingspotensialet.Derfor har oppmerksomheten rundt naturlige kjølemedier økt enormtde siste tiårene. Stadig voksende kompressorteknologier vil fortsette å innta fremtidensmarked, bryte gamle grenser og skyve grensene for at systemene kan nå enda høyere temperaturer.
Å kombinere varmepumper med andre fornybare energikilder, f.eks. solenergi,termiske solfangere, solcelleanlegg og energilagringssystemer kan bidra til vekst av fremtidigenullutslippssamfunn. Likevel, mangler det fortsatt nok erfaring og kunnskap frapraktiske eksempler for å integrere komponentene på en svært effektiv måte.I denne oppgaven er det utført et omfattende litteraturstudie for å samle all nødvendiginformasjon om varmepumper for applikasjoner med høy til middels temperatur, så velsom viktige elementer som kan påvirke varmepumpens ytelse. I tillegg har integrasjonav varmepumper for et reelt case-studiesystem i Norge, som forsyner et lite nabolag medenergi til oppvarming og kjøling blitt nærmere undersøkt. Hovedkomponentene i casestudiesystemeter varmepumper, platevarmevekslere, solcellefangere, vannlagringstankerog lagring av termisk energi. Flere muligheter for å integrere varmepumper med naturligekjølemedier ble evaluert i casestudiet. Dynamiske simuleringer basert på modelleringsspråketModelica ble utført for å analysere ytelsen til komponenten og systemmodellene for termiskenergiforsyning. There are several existing technologies available for high temperature applications. Hightemperature heat pumps (HTHP) can be used for domestic hot water heating and spaceheating. HTHPs can also be used for industrial purposes to increase the system efficiencies,by utilizing low-grade waste heat to deliver heat at higher temperatures for industrialprocesses. Increased use of heat pumps can significantly reduce greenhouse gas emissions,and reduce the dependency on fossil fuels. However, there are still some challenges whichlimits the use of HTHPs.
The choice of refrigerant for the heating cycle plays a key role in the temperature lifta system can achieve. The Kigali-amendment has restricted the use of several types ofworking fluids, which have been found to have negative impacts on the ozone and increasingthe global warming potential (GWP). Hence, the attention on natural working fluidshas increased tremendously in the last decades. Emerging compressor technologies andnew refrigerants will continue to enter the future market, break old boundaries, and pushthe limits of the systems to reach higher system efficiencies. Combing HTHPs with otherrenewables, e.g. solar thermal collectors, photovoltaics (PV) and energy storage systemscan contribute to the growth of future zero-emission societies. However, there is still a lackof real-life examples and knowledge to successfully integrate the components in a highlyefficient way.
In this thesis a comprehensive literature study has been performed to gather all neededinformation on heat pumps for high- to medium-temperature applications, as well as keyelements that may affect the heat pump performance. Additionally, it investigates HP integrationfor a real case-study system in Norway, which supplies a small neighborhood withenergy for heating and cooling. The main components of the case-study system are heatpumps, plate heat exchangers, flat plate solar collectors, water storage tanks, and boreholethermal energy storage. Several possibilities for integrating HPs with natural workingfluids into the case-study system were evaluated. Dynamic simulations based on the modelinglanguage Modelica were conducted to analyze the performance of the componentand system models for thermal energy supply.