This study focuses on researching the performance of CO2 heat pumps in different real-time applications and in some studies, it compares the performance to synthetic and other natural refrigerants based on heat pump data provided from buildings. The research on the performance of the CO2 heat pump is performed based on Sweden's climatic conditions. The study consists of four different case studies each focusing on the CO2 heat pump used for four different buildings. The first study evaluates the performance of air source CO2 heat pump installed in a residential building and performs cost benefit in comparison to district heating energy consumption. The second study investigates the performance of the air source CO2 heat pump for the district heating application and compares the same with other refrigerant heat pumps. The refrigerants compared with include Ammonia (R-717), Propane (R-290), R-134a (1,1,1,2-tetrafluoroethane). The third study examines the performance of air source CO2 heat pumps in a commercial building with the field measured data obtained directly from the heat pump sensors through the online portal “itop”. The fourth study analyses the performance of a CO2 heat pump with that of a propane (R-290) heat pump for a commercial swimming pool application. The study is performed using a simulation model created using Microsoft Excel Sheets and Cool Prop add-in, a thermophysical property database. The simulation model makes use of formulae of heat pumps to analyse the performance of the heat pump systems. The climatic data for Stockholm is taken from ASHRAE IWEC 2 database. The results of the study show advantages of CO2 heat pumps when used for combined purposes like space heating, space cooling and domestic hot water over the heat pumps using other refrigerants for their operation, as these refrigerants when operated at high condensation temperature led to low Coefficient of Performance (COP). The first study on residential building CO2 heat pumps showed a cost savings of about 116,000 kr per year even in high-pressure operations concerning the annual cost of district heating, which is about 30% of the total cost district heating with auxiliary equipment. The study also examined the energy saving over the usage of an ejector used in the heat pump which reached an average energy saving of 8%. The second study shows the dominance of the performance of CO2 over other refrigerants for district heating purposes. The third study indicates the performance of the CO2 heat pump in the application using real-time measure data. The fourth study illustrates an increase in overall COP of about 10% from the CO2 heat pump in comparison to that of propane refrigerant for swimming pool application. These results show that when the domestic hot water demand is higher, the CO2 heat pump performs better than other refrigerants specifically because the COP of other refrigerants is lower at high condensation temperatures. / Denna studie fokuserar på att undersöka prestandan hos CO2-värmepumpar i olika realtidsapplikationer och i vissa studier jämför den prestandan med syntetiska och andra naturliga köldmedier baserat på värmepumpsdata från byggnader. Forskningen kring CO2-värmepumpens prestanda utförs utifrån Sveriges klimatförhållanden. Studien består av fyra olika fallstudier som var och en fokuserar på CO2-värmepumpen som används för fyra olika byggnader. Den första studien utvärderar prestandan hos luftkällans CO2-värmepump installerad i ett bostadshus och ger kostnadsfördelar jämfört med energiförbrukningen för fjärrvärme. Den andra studien undersöker prestandan hos luftkällans CO2-värmepump för fjärrvärmeapplikationen och jämför densamma med andra köldmedievärmepumpar. Köldmedierna jämfört med inkluderar ammoniak (R-717), propan (R-290), R-134a (1,1,1,2-tetrafluoretan). Den tredje studien undersöker prestandan hos luftkällans CO2-värmepumpar i en kommersiell byggnad med fältuppmätta data som erhålls direkt från värmepumpens sensorer via onlineportalen "itop". Den fjärde studien analyserar prestandan hos en CO2-värmepump med den hos en propan (R-290) värmepump för en kommersiell simbassängapplikation. Studien utförs med hjälp av en simuleringsmodell skapad med Microsoft Excel Sheets och Cool Prop-tillägget, en termofysisk egenskapsdatabas. Simuleringsmodellen använder formler för värmepumpar för att analysera värmepumpsystemens prestanda. Klimatdata för Stockholm är hämtade från databasen ASHRAE IWEC 2. Resultaten av studien visar fördelarna med CO2-värmepumpar när de används för kombinerade ändamål som rumsuppvärmning, rumskylning och tappvarmvatten jämfört med värmepumpar som använder andra köldmedier för sin drift, eftersom dessa köldmedier när de används vid hög kondensationstemperatur ledde till låg koefficient prestanda (COP). Den första studien om bostadshus CO2-värmepumpar visade en kostnadsbesparing på cirka 116 000 kr per år även i högtrycksdrift avseende den årliga kostnaden för fjärrvärme, vilket är cirka 30 % av den totala kostnaden för fjärrvärme med hjälputrustning. Studien undersökte också energibesparingen jämfört med användningen av en ejektor som används i värmepumpen som nådde en genomsnittlig energibesparing på 8 %. Den andra studien visar dominansen av CO2s prestanda över andra köldmedier för fjärrvärmeändamål. Den tredje studien indikerar CO2-värmepumpens prestanda i applikationen med hjälp av mätdata i realtid. Den fjärde studien illustrerar en ökning av den totala COP på cirka 10 % från CO2-värmepumpen jämfört med den för propan-köldmedium för simbassängapplikationer. Dessa resultat visar att när efterfrågan på tappvarmvatten är högre presterar CO2-värmepumpen bättre än andra köldmedier, särskilt eftersom COP för andra köldmedier är lägre vid höga kondensationstemperaturer.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-318780 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Thanggavelu, Jaykumar |
| Publisher | KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2022:505 |
Page generated in 0.0033 seconds