Undersökning av potentialen hos värmelagring för rumsuppvärmningsapplikationer i Sverige

The aim of this study was to investigate the economic and energy-efficiency potentials for configuring thermal energy storage (TES) units in Swedish residential buildings. Consequently, the goal was to carry out economical and energy calculations over two applications of coupling two different types of heat pumps with a TES unit (water tank) for providing space heating in a detached single-family house in Stockholm, Sweden during winter time. The heating systems with the heat pumps and TES unit were modeled and simulated using the software MATLAB. Different criteria were applied to govern when the heat pumps would charge the TES unit, for example one criterion stated that the charging process would only occur if the electricity price was lower than a certain value. The results showed that there were savings both in terms of energy and economy for coupling a TES unit with a heat pump, for both types of heat pumps and regardless of criteria selection. The conclusions of the study is that there is potential for configuring TES units with heat pumps in detached single-family households in Sweden. However, since the models in this study included several simplifications, it is necessary to perform similar simulations with wider and more accurate models.Energieffektivisering i byggnader är ett mycket aktuellt område i miljödiskussioner idag. Den totala energianvändningen i villor i Sverige 2014 motsvarade 31.2 TWh. Ett av forskningsområdena inom energieffektivisering i villor är värmelagringssystem (thermal energy storage systems, TES). Med TES kan man lagra energi och således uppstår möjligheten att frikoppla energianvändningen från energiproduktionen. Det finns olika typer av lagringsmetoder men denna rapport fokuserade på sensibel värmelagring i form av en tank, med vatten som lagringsmedium, kopplad till en värmepump. Syftet var att undersöka både ekonomisk- och energipotential för att konfigurera TES-enheter i fristående svenska villor. Således var målet att utföra beräkningar för ekonomiska- och energibesparingar för de två olika typer av värmepumpar kopplade med TES-enheten som tillgodoser värmebehovet för en fristående villa i Sverige under en vintervecka i februari. Värmebehovet för hushållet räknades fram timvis för den vecka som studerades. Utifrån detta behov bestämdes värmepumpens uteffekt per dag. För timmar där effekten producerad av värmepumpen översteg värmebehovet laddades TES-enheten för senare användning vid timmar med värmebehov som översteg effekten producerad av värmepumpen. TES-enheten som var en vattentank dimensionerades utefter det största värmebehovet under veckan. De två värmesystemskonfigurationer presenterades som case A och B, där case A inkluderade en TES-enhet kopplad med en bergvärmepump med ett konstant COP-värde och case B en luftvattenvärmepump med ett varierande COP-värde kopplad med en TES-enhet. För att kunna utföra beräkningar användes datorprogrammet MATLAB, där olika kriterier styrde hur värmepumparna laddade TES-enheten. Båda casen undersöktes med och utan hänsyn till ett elektricitet-prisvariationskriterium samt ett COP-variationskriterium för case B. Resultatet indikerade att för ett värmesystem med en TES-enhet kopplad till en värmepump finns både ekonomisk-och energibesparing. Besparingarna varierade beroende på typ av värmepump och kriterier som togs till hänsyn. Men oavsett typen av värmesystem och kriterier fanns det besparingspotential. Slutsatserna är att det finns potential att implementera TES-enheter med värmepump i fristående svenska villor men att det behövs undersökningar med noggrannare modeller för att erhålla ett mer ackurat resultat. Detta då flera förenklingar och antaganden har gjorts i denna studie