Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

De onderzoeksvraag van deze thesis komt van het bedrijf Ingenium. Zij zijn begonnen aan een project om de warmtevoorziening van een ziekenhuis te ontwerpen waarbij de volledige warmteproductie door warmtepompen gebeurt. Het buffervolume is momenteel berekend met een statische formule, enkel gebaseerd op de grootte van het leidingensysteem. Op deze manier dient het buffervat enkel om een constante warmtevraag te leveren, de volle economische en duurzame potentie wordt niet gebruikt. Een buffervat kan ook dienen als batterij die energie in de vorm van warm water voor een bepaalde tijd opslaat. Vandaar komt de onderzoeksvraag: ‘Onderzoek naar het potentieel van grote buffervaten voor warmteproductie met een warmtepomp.’ De vraag die Ingenium stelt is of het economisch interessant is om grotere buffervaten te plaatsen, specifiek voor warmteproductie met warmtepompen. Hoe groot zou het economisch optimale buffervat dan zijn? Deze thesis bespreekt een theoretisch model, geprogrammeerd om de totale kost te berekenen om een jaar te verwarmen. De belangrijkste inputs zijn het warmtevraagprofiel, de elektriciteitsprijzen, de PV-opbrengst en de buitentemperatuur. Aan de hand van deze inputs worden de goedkoopste momenten om te produceren berekend. Voor een combinatie van warmtepompvermogen en buffervolume wordt het ideale warmteproductieprofiel berekend, zodat de elektriciteitskost zo laag mogelijk ligt. De slimme sturing van het model zorgt dat de temperatuur in het buffervat nooit buiten de limieten gaat en dat de warmtevraag altijd geleverd wordt. Met dit theoretisch model zijn verschillende onderzoeken uitgevoerd om de optimale combinatie van parameters te vinden en zo de laagste totale kost te bekomen. Invloed van de elektriciteitsprijs, de COP, de PV-opbrengst, het warmtepompvermogen, de afgiftetemperatuur en het warmtevraagprofiel zijn onderzocht. Om de resultaten te kunnen vergelijken is ook een referentie berekend waarbij de warmtepomp gedimensioneerd is op het piekvermogen en er een klein buffervat gebruikt wordt, zoals het momenteel gebeurt. Het optimaal buffervolume voor de elektriciteitsprijzen van 2019 is 300 m³, van 2022 is 1000 m³ en van 2023 is 500 m³. Een hoger en dynamischer elektriciteitsprofiel heeft een hoger optimaal buffervolume. De COP heeft nauwelijks tot geen invloed op het optimaal buffervolume. Meer PV-opbrengst en een lager injectietarief heeft een licht positief effect op de grootte van het optimaal buffervolume. Voor de warmtevraag van het ziekenhuis is een geïnstalleerd warmtepompvermogen van 1950 kW optimaal. De afgiftetemperatuur van 45 °C is optimaal. Een extremer warmtevraagprofiel heeft een groter optimaal buffervolume. De elektriciteitsprijzen hebben de grootste invloed op het optimale buffervolume, zowel in grootte als in variabiliteit. Toekomstige elektriciteitsprijzen zijn echter moeilijk te voorspellen. De COP, afgeleid uit testdata en de buitentemperatuur, heeft nauwelijks effect op het optimaal buffervolume en moet dus niet voorspeld worden. De optimale opstelling voor het jaar 2023 heeft een besparing van 0,82 % tegenover de referentie. Dit geeft een payback time of terugverdientijd van net onder de 30 jaar, de levensduur van het buffervat. Om buffering en warmteopslag bij warmtepompen echt interessant te maken, moet de kost van buffervaten naar beneden. Sleutelwoorden: Buffervat, warmtepomp, energieopslag, simulatie model, economisch optimaal

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

This thesis contains a pinch analysis on the design of a water treatment installation for a brewery. This task has been commissioned by Waterleau. To optimize the network of heat exchangers, a pinch analysis was conducted on the Martens project of Waterleau to assess potential improvements in heat load and the number of heat exchangers. Various minimum temperature differences were evaluated to identify the configuration that minimizes both heat load and the number of heat exchangers. The analysis revealed that a minimum temperature difference of 8.15°C yielded the lowest total heat load and number of heat exchangers with a heat recovery rate of 28.82% compared to the network of Martens. The analysis of the impact of varying external temperatures from 10°C to 25°C on the network indicated that, for a pinch analysis with a minimum temperature difference of 10°C incorporating a heat pump and an external cooler, the configuration required one less heat exchanger than the configuration with a minimum temperature difference of 8.15°C, despite using the same heat pump and external cooler. Although the network with a 8.15°C minimum temperature difference had a lower overall heat load of 6.41%, it relied more heavily on external cooling from the cooler. Given that the network with a 10°C minimum temperature difference had fewer heat exchangers and relied less on external cooling, it is considered the most optimal configuration. Compared to the Waterleau network, the configuration of 10°C achieved a total heat recovery of 34.61%, with the same number of heat exchangers and external utilities. The heat recovery from the external cooler amounted to 22.16% when compared to the external cooling in the Waterleau network. The impact of fouling on the network indicated that each heat exchanger would need to be enlarged by 21% to accommodate the effects of fouling. This would cost €10,178.17. Nevertheless, a more cost-effective approach may involve scheduling periodic cleaning of the heat exchangers every three years, rather than increasing their size. This would cost €200-300. This periodic maintenance strategy is financially advantageous compared to the initial investment required for over-sizing the heat exchangers to compensate for fouling. Each element with a significant impact on the heat transfer rate of the system is modelled for steady-state behaviour. The elements are modelled through parameters that are provided on datasheets of manufacturers. An analysis is performed on these models by comparing the model with day averaged values from measurements. Additionally, a sensitivity analysis is performed on the heat pump in regards to assumption of operating regime. A deviation of 2% from the reference COP is applied for every degree that the operating point deviates from the reference operating point at both the evaporator and condenser side. The results show that the model deviates by 4%. The reference evaporator temperature is dependent on the chosen operating regime of the heat pump, often given on commercial heat pump datasheets.