Ensuring compliance with domestic hot water regulations using a buffer tank connection in ground source heat pump systems
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2024-08-19
Department
Major/Subject
Energy Systems and Markets
Mcode
ELEC3048
Degree programme
Master's Programme in Advanced Energy Solutions
Language
en
Pages
62+7
Series
Abstract
The European Union’s carbon neutrality goal of the year 2050 requires vast development in housing heating and domestic water heating applications. The possibility of using electricity to produce three or more times heat for the building’s heat demand makes heat pumps a prominent solution to solve the carbon neutrality issue. Heat pump technology has its difficulties in producing domestic hot water at the required temperatures stated by Ministry of the Environment in Finland. The difficulties with heat pumps and their refrigerants are their limits in producing certain temperatures due to their thermodynamic properties. The thesis includes a literature review of the operation principle of heat pumps and the justification for the regulation of DHW temperature. The thesis also includes a case study, which is conducted to research a concept to solve the issue with the water temperatures in a heat pump system. The premise is that the solution would be able to at least reach the required return temperature for DHW without compromising the operability of the heat pump. The method used to research the operability is a comparison between a current ground source heat pump system before and after the new concept installation. The case study indicates that the cooling of domestic hot water slightly before entering the hot water tanks decreases the risk of triggering a high-pressure alarm in the heat pump. The results of the case study indicated that the required temperatures stated by The Ministry of the Environment are possible to reach with R410A heat pumps, but the new installation concept uses more electricity to reach the required temperature. By researching this novel installation, it could be possible to reach the required temperatures without using more electricity, by optimizing the automation of the system.Euroopan unionin vuoden 2050 hiilineutraaliustavoite vaatii laajoja kehitystoimia sekä rakennusten että käyttöveden lämmityksessä. Lämpöpumppujen kyky käyttää sähköä siirtääkseen rakennukseen mahdollisesti yli kolmekertainen määrä lämpöenergiaa on merkittävä tekijä hiilineutraaliuden saavuttamisessa. Lämpöpumpuilla on kuitenkin vaikeuksia tuottaa lämmintä käyttövettä Suomen Ympäristöministeriön vaatimusten mukaisesti. Lämpöpumppujen ja niiden kylmäaineiden ongelmat johtuvat kylmäaineiden ominaisuuksista tuottaa tiettyjä lämpötiloja termodynaamisten ominaisuuksiensa vuoksi. Tämä diplomityö sisältää kirjallisuuskatsauksen lämpöpumppujen toimintaperiaatteesta sekä lämpimän käyttöveden lämpötilojen säännöksistä ja niiden perusteluista. Diplomityö sisältää myös uuden asennuskonseptin tapaustutkimuksen, jonka tavoitteena on ratkaista usein kohdatut ongelmat lämpimän käyttöveden tuottamisessa lämpöpumppujärjestelmissä. Työn menetelmänä käytetään vertailua uuden ja vanhan asennustavan välillä. Tapaustutkimus osoittaa, että lämpimän käyttöveden jäähdyttäminen puskurisäiliössä ennen sen kulkeutumista lämminvesisäiliöihin vähentää korkeapainehälytyksen riskiä. Tapaustutkimuksen tulokset osoittavat, että ympäristöministeriön määrittelemät lämpötilavaatimukset lämpimälle käyttövedelle ovat saavutettavissa R410A-lämpöpumpuilla, mutta uusi asennuskonsepti käyttää enemmän sähköä saavuttaakseen vaaditun lämpötilan. Uuden asennuskonseptin lisätutkimuksella voi olla mahdollista löytää tapa ohjata järjestelmän automaatiota, jolla järjestelmä olisi kykenevä saavuttamaan halutut lämpötilavaatimukset ilman ylimääräistä sähkön kulutusta.Description
Supervisor
Kosonen, RistoThesis advisor
Manner, MikaKeywords
heat pump, refrigerant, domestic hot water, ground source heat pump