The state of Minnesota has an extreme weather climate, with cold winters and humid hot summers. In a residential building, space and water heating account for about 61% of the total energy consumption. A combination heating system is an innovative idea that integrates the space heating and water heating systems as one unit to achieve improved performance and efficiency over two independent systems. This analysis will focus on air for space heating, as it is a common system used in the applicable location. Benefits of the system include a smaller footprint, simplified installation and maintenance, a single fuel input and exhaust, and increased efficiency. More testing and research is required, however, to make them an economically feasible option. Twenty combination units of varying designs and manufacturers are installed and monitored in qualifying households throughout the Hennepin County area in Minnesota for about eight months to determine the efficiency and performance of these relatively new systems. These results will be extrapolated to a typical year with the goal to define the ideal combination system type by comparing the calculated system performance to the original existing system performance at each site, the load stress on the system (low, average, and high), the performance of the system on a heating design day, the federal regulation criterion for standard systems, and the different combination systems being researched in this study. It is determined that the tankless type 2, with a 7.5 liter (2-gallon) reserve storage tank, is the most efficient combination system during a typical year in Minnesota. Better insulation is required for storage tanks to reduce stand-by losses. System installation guidelines and design packages will improve performance and maintenance issues. The combination system could be improved by implementing other design strategies such as segregating the space heating and domestic hot water loops or introducing renewable energy to replace the natural gas fuel input. / Staten Minnesota har extrema väderförhållande, med kalla vintrar och varma fuktiga somrar. I en bostadsbyggnad, energi för uppvärmning och varmvatten står för ungefär 61% av totala energianvändningen. Ett kombi-system för uppvärmning är en innovativ idé som integrerar de båda tidigare nämnda funktionerna i samma enhet, som samtidigt har förbättrad prestanda och effektivitet jämfört med två separata system. Föreliggande arbete fokuserar på uppvärmning, då det är ett av de vanligaste system inom det geografiska området som studeras. Fördelar med det föreslagna systemet är att det är mindre platskrävande, enklare installation, enklare underhåll, enbart en bränslekälla och rökgaskanal, samt ökad verkningsgrad. För att säkerställa systemets ekonomiska utfall behövs dock mer prover och forskning. 20 olika relativt nya på marknaden kombisystem med olika konfigurationer och från olika tillverkare har installerats och mätts på under åtta månader i ett antal hushåll i Hennepin County, Minnesota, för att bestämma dess verkningsgrad och prestanda. De erhållna resultaten extrapoleras till ett helt år för att identifiera den mest gynnsamma systemkonfigurationen, genom att jämföra beräknade årseffektivitet med det ursprungliga systemet i respektive byggnad. Analysen inbegriper belastningsnivå (låg, medium, hög), prestanda för uppvärmning under designdag, och jämförelse med federala bestämmelser för standardsystem. Analyserna visar att system utan tank, typ 2, med en 7.5 liters reservtank, är den mest effektiva kombisystemet för ett typiskt år i Minnesota. Bättre isolering behövs för att minska stand-by-förluster från ackumulatortanken. Adekvata installationsriktlinjer kan förbättra prestanda och nödvändigt underhåll. Kombisystemet kan förbättras genom att även implementera ytterligare designstrategier, så som separata uppvärmnings- och varmvatten rörsystem samt att introducera förnybara bränslen istället för naturgas.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-166119 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Wichser, Corinne |
| Publisher | KTH, Tillämpad termodynamik och kylteknik |
| 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 |
Page generated in 0.104 seconds