Simulation study of cascade heat pump for solar combisystems

This paper focuses on the study of cascade heat pump systems in combination with solar thermal for the production of hot water and space heating in single family houses with relatively high heating demand. The system concept was developed by Ratiotherm GmbH and simulated with TRNSYS 17. The basic cascade system uses the heat pump and solar collectors in parallel operation while a further development is the inclusion of an intermediate store that enables the possibility of serial/parallel operation and the use of low temperature solar heat. Parametric studies in terms of compressor size, refrigerant pair and size of intermediate heat exchanger were carried out for the optimization of the basic system. The system configurations were simulated for the complete year and compared to a reference of a solar thermal system combined with an air source heat pump. The results show ~13% savings in electricity use for all three cascade systems compared to the reference. However, the complexity of the systems is different and thus higher capital costs are expected.

Final report on heat pump developments in WP 4 - MacSheep Deliverable 4.4 : MacSheep -New Materials and Control for a next generation of compact combined Solar and heat pump systems with boosted energetic and exergetic performance

FP7- MacSheep

Influence of hydraulics and control of thermal storage in solar assisted heat pump combisystems

This paper studies the influence of hydraulics and control of thermal storage in systems combined with solar thermal and heat pump for the production of warm water and space heating in dwellings. A reference air source heat pump system with flat plate collectors connected to a combistore was defined and modeled together with the IEA SHC Task 44 / HPP Annex 38 (T44A38) “Solar and Heat Pump Systems” boundary conditions of Strasbourg climate and SFH45 building. Three and four pipe connections as well as use of internal and external heat exchangers for DHW preparation were investigated as well as sensor height for charging of the DHW zone in the store. The temperature in this zone was varied to ensure the same DHW comfort was achieved in all cases. The results show that the four pipe connection results in 9% improvement in SPF compared to three pipe and that the external heat exchanger for DHW preparation leads to a 2% improvement compared to the reference case. Additionally the sensor height for charging the DHW zone of the store should not be too low, otherwise system performance is adversely affected

SOHOT : Solvärme för hotell

Vid dimensionering av ett solvärmesystem av den typ som diskuteras i rapporten är varmvattenförbrukningen avgörande för systemets storlek. Litteraturstudien visar dock att varmvattenförbrukningen varierar kraftigt mellan olika typer av hotell samt vilken beläggningsgrad dessa har. För ett normalt ”medel”-hotell kan varmvattenförbrukningen uppskattas till 70 liter vid 60 grader per person och dag. För ett enklare hotell (typ vandrarhem) är förbrukningen ungefär hälften och för ett lyxhotell dubbelt så stor (35 respektive 140 liter per person och dag). Den högsta förbrukningen äger rum under två toppar, en på morgonen och en på kvällen. Under en av dessa toppar används ca 18-30 % av dygnets varmvatten under en timme. Beläggningsgraden är typiskt som högst sommartid och lägre vintertid, men beror förstås på hotellets målgrupp.   Med detta som utgångspunkt har simuleringar för Stockholm och Malaga utförts i Polysun, där tre systemstorlekar samt två kvalitetsklasser av solfångare har använts. Resultaten visar att det går att nå en solandel på 50-75 % av tappvattenlasten i Stockholm och 60-90 % av tappvattenlasten för Malaga. Tack vare den högre solinstrålningen på Malaga kan systemet dimensioneras hälften så stort där. En känslighetsanalys över tappvattenlasten, där samma tappvattenlast som tidigare fast med jämn fördelning över årets månader används, visar att ett system i Nordiskt klimat får en lägre solandel medan systemet i Malaga inte påverkas lika mycket. Samma system i Malaga är alltså mindre känsligt för förändringar i tappvattenlastprofilen.   Aktörsanalysen visar att det finns ett flertal företag i Dalaregionen som kan tänkas vara lämpliga att ingå i en projektgrupp med syfte att ta fram och utveckla en prototyp för konceptet solvärme till hotell. För att välja ut lämpliga samarbetspartners är det en rekommendation att kontakta Teknikdalen i Borlänge. En närmare diskussion med Teknikdalen kan ge en tydligare bild av vilka typer av aktörer som krävs för projektet samt även hur finansieringen kan lösas. Något som bör undersökas vidare är möjligheten till finansiering för ett demonstrationsprojekt, t.ex. lokalt i anknytning till Teknikdalen. En annan möjlig finansiering som verkar vara på gång är en utlysning relaterad till demonstrationsprojekt utomlands. Utlysningen är en enligt kontakt med Teknikdalen en fortsättning på Demomiljö (Sida/Tillväxtverket) dock finns inga detaljer tillgängliga i dagsläget.