Optimizing the heating and cooling system at Teknostallen

Abstract

For å redusere CO2 utslippet til atmosfæren har det vært forsøkt å implementere ulike energikilder for å møte energibehovet. Siden flertallet av fornybare energikilder kan produsere elektrisitet, har det blitt skapt en trend med elektrifisering. Denne trenden, selv om den oppmuntrer til bruk av fornybar energi, øker strømprisene på grunn av økningen i etterspørselen. Et levedyktig alternativ for å redusere elektrisitetsforbruket i en bygning, redusere CO2-utslippene og bruke forskjellige og tilgjengelige varmekilder, er å bruke en varmepumpeenhet for å levere energien som trengs Til blant annet varmtvann og husholdningsbruk (DHW) og romoppvarming. Varmepumper kan hente energi fra ulike kilder og når de bruker naturlige arbeidsvæsker, som propan og CO\textsubscript{2}, har systemene lav miljøpåvirkning. I dette prosjektet er det fokusert på byggeprosjektet til Teknobyen, et kompleks av kontorbygg lokalisert i Trondheim, Norge. En luftkildevarmepumpeenhet av propan og etylenglykolblanding er foreslått samt en CO2-varmepumpeenhet for varmtvann til husholdningsbruk for å dekke varmebehovet til tre av deres bygninger.

Modeller ble laget i Dymola Modelica for å simulere oppførselen til propanvarmepumpen og det totale etylenglykolsystemet, som ligner systemene som er foreslått installert. Dette systemet tar sikte på å dekke kravene til oppvarming og kjøling til bygningene Profesor Brochs, Teknostallen og Abels gate 5. Propanmodellen ble laget for å simulere et vinterscenario mens etylenglykolmodellen ble utviklet for å evaluere den mulige ytelsen til det totale systemet under to vinterscenarier. Det ble foretatt en sammenligning av modellene og de eksisterende systemene, samt en analyse av de relevante parameterne for å forbedre ytelsen, en diskusjon om modellenes gyldighet og mulig fremtidig arbeid for dem. I tillegg ble det gjort en estimering av tankdimensjonering for avrimingssystemet til luftvarmepumpeenheten med en sammenligning med den faktiske tanken som skal implementeres.

To reduce the CO2 emissions in the environment, there has been an effort to implement diverse energy sources to meet the energy demand. Since the majority of renewable energy sources can produce electricity, a trend of electrification has been created. This trend, although it encourages the use of renewable energy, it increases electricity prices due to the augmentation of its demand. A viable option to diminish electricity consumption in a building, to diminish its CO2 emissions, and use different and available heat sources is to utilize a heat pump unit to supply the energy needed for domestic hot water (DHW) and space heating, among other uses. Heat pumps can obtain energy from different sources and when they use natural working fluids, such as propane and CO2, the systems have a low environmental impact. This project is focused on the building project of Teknobyen, a complex of office buildings located in Trondheim, Norway. An air source heat pump unit of propane and ethylene glycol mixture is proposed as well as a CO2 heat pump unit for domestic hot water to provide the heating requirements of three of their buildings.

Models were made in Dymola Modelica to simulate the behavior of the propane heat pump and the overall ethylene glycol system, which resembles the systems proposed to be installed. This system aims to provide the heating and cooling requirements of the Profesor Brochs, Teknostallen, and Abels gate 5 buildings. The propane model was made to simulate a winter scenario while the ethylene glycol model was developed to evaluate the possible performance of the overall system under two winter scenarios. A comparison of the models and the existing systems was made as well as an analysis of the relevant parameters to improve their performance, a discussion on the validity of the models, and the possible future work for them. Additionally, a tank sizing estimation was made for the defrosting system of the air source heat pump unit with a comparison to the actual tank to be implemented.