Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Latent värmelagring i vattenburet uppvärmningssystem med elpanna för byggnadsapplikationer
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology.
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology.
2012 (Swedish)Independent thesis Basic level (degree of Bachelor), 10 credits / 15 HE creditsStudent thesisAlternative title
Latent Heat Storage in a Waterborne Heating System with an Electrically Heated Boiler (English)
Abstract [en]

Latent heat storage is a way to store thermal energy when a phase change material undergoes a phase change. The advantage of latent heat storage is the capability to store more energy per mass unit than other heat storage methods. The most commonly used phase change in latent heat storage is the transition between solid and liquid. Phase change materials can be divided into organics, inorganics and eutectics.In the Nordic electricity market the price of electricity is set every hour by Nordpool spot, which leads to price fluctuations because of changes in demand. The main goal of this report is to create a latent heat storage system in a single-family home and investigate the possibility to save money by charging the latent heat storage system when the price of electricity is low, and discharge when the price is high.The thermodynamic model consisted of a “tube-in-tube” heat exchanger with phase change material in the outer tube and water as the heat transfer fluid in the inner tube. The model is based on the assumption that the phase change is an isothermal process. By the use of assumptions and mathematical correlations, the heat transfer between the phase change material and heat transfer fluid was calculated. The latent heat storage system was a heat complement to a waterborne heating system, and supposed to be connected to an electric water heater. The latent heat storage uses water as heat transfer fluid in a temperature range of 79-87 °C.The profitability of the latent heat storage system was investigated in an economic model through two investment calculation methods, net present value and payback. The cost savings per year was estimated by comparing the cost of electricity with and without a latent heat storage system during the period 2011-10-01 to 2012-03-31. A sensitivity analysis was made in both the thermodynamic and economic model.The results of the thermodynamic model was that the latent heat storage system had a storage capacity of 14,8 kWh, discharged in 3 hours and was charged in 3,1 hours. The heat transfer was calculated to 4,8 kW during discharge and 4,7 kW during charge. The economic model indicated that the investment in a latent heat storage system was not profitable. The payback time was calculated to 28 years and the net present value was calculated to -28 691 SEK. The cost savings per year was 1425 SEK/year and the initial investment was estimated to 39 965 SEK.The thermodynamic model is to be considered crude because of made simplifications and assumptions. These assumptions lead to a better performance than what should be expected in reality. This considered, lead to the fact that there is no economic profit in the present condition of the latent heat storage system. Usage of latent heat storage systems on a large scale may however have environmental profits. By increasing the storage capacity and decreasing the initial investment cost the latent heat storage system would be more economically profitable. If the number of days with great variations in the price of electricity would increase it would also lead to a more economically profitable latent heat storage system.

Abstract [en]

Latent värmelagring innebär att termisk energi lagras genom att ett fasändringsmaterial genomgår en fasändring. Fördelen med latent värmelagring över andra värmelagringsprinciper är det går att lagra mer energi per massenhet. Den vanligaste fasövergången som används är den mellan fast och flytande form. Fasändringsmaterial kan delas in i organiska, oorganiska och eutektiska material.På den nordiska elmarknaden där el handlas genom Nordpool spot, sätts elpriset per timme dagen innan och det framgår tydligt att elpriset varierar under dagen. Huvudmålet med denna rapport var att genom en termodynamisk modell dimensionera ett latent värmelagringssystem för en villa med elpanna i ett vattenburet uppvärmningssystem. Genom att ladda upp ett latent värmelagringssystem då elpriset är lågt och sedan använda den lagrade värmen då elpriset är högt, utforskas möjligheten att på detta sätt spara pengar.Den termodynamiska beräkningsmodellen utgick ifrån en så kallad ”rör-i-rör” värmeväxlare där ett mindre rör är inkapslat i ett större. I det mindre röret flödade en värmeöverföringsfluid och i det inneslutna området mellan inneröret och ytteröret var fasändringsmaterialet lagrat. Latent värme lagrades genom att värmeöverföringsfluiden värmde fasändringsmaterialet och värme hämtades istället när fasändringsmaterialet värmde värmeöverföringsfluiden. Under upp- och urladdningsförloppet antogs att fasändringsmaterialet höll en konstant temperatur. Med detta antagande kunde värmeeffekten mellan fasändringsmaterialet och värmeöverföringsfluiden erhållas genom korrelationer och värmebalans. Det latenta värmelagringssystemet var ett uppvärmningskomplement till det vattenburna uppvärmningssystemet och kopplat till en elpanna. Elpannans vatten användes som en värmeöverföringsfluid i ett temperaturintervall mellan 79-87 °C.Den ekonomiska lönsamheten undersöktes genom två investeringskalkyler, nuvärdesmetoden och payback-metoden. Kostnadsbesparingen per år uppskattades genom att jämföra elkostnaden med, respektive utan latent värmelagringssystem under perioden 2011-10-01 till 2012-03-31. Känslighetsanalys för såväl ekonomiska som termodynamiska beräkningar genomfördes också.Resultatet av den termodynamiska beräkningsmodellen blev att värmelagringssystemet hade en lagringskapacitet på 14,8 kWh som laddades ur på 3 timmar och laddades upp på 3,1 timmar. Värmeöverföringseffekten vid urladdning av värmelagringssystemet var 4,8 kW respektive 4,7 kW vid uppladdning. Beräkningar enligt den ekonomiska modellen gav att en investering i det latenta värmelagringssystemet inte var lönsam. Nettonuvärdet blev -28 691 kr och återbetalningstiden blev 28 år, med en kostnadsbesparing per år som uppgick till 1425 kr/år och en grundinvestering på 39 965 kr.Den termodynamiska beräkningsmodellen är att betraktas som grov, pga. gjorda förenklingar och antaganden, men samtliga leder till värmelagringsystemets prestanda ökar jämfört med vad som kan förväntas i verkligheten. Med tanke på detta blev värmelagringssystemet i sitt nuvarande skick ändå inte ekonomiskt lönsamt, men det finns däremot miljömässiga skäl till att använda latenta värmelagringssystem. Genom att öka lagringskapaciteten, minska grundinvesteringen samt om antalet dagar med stora variationer i elpris ökar, leder det till att det latenta värmelagringssystemet blir mer lönsamt.

Place, publisher, year, edition, pages
2012. , 91 p.
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-99012OAI: oai:DiVA.org:kth-99012DiVA: diva2:540232
Subject / course
Energy Technology
Educational program
Master of Science in Engineering - Mechanical Engineering
Uppsok
Technology
Supervisors
Examiners
Available from: 2012-08-14 Created: 2012-07-09 Last updated: 2012-08-14Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Latent värmelagring i vattenburet uppvärmningssystem med elpanna för byggnadsapplikationer(1975 kB)778 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1975 kBChecksum SHA-512
e15d6706e861d87a196cf81fe35ab9a078d534d266c88980acb4921e67523faa1fb4d9f7a8403aa8e3abbe9ed0a1d880f8b71421c3af30d3992002ea376a9ff9
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Energy Technology
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 778 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 233 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf