Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Småskalig säsongslagring av solenergi för uppvärmning av byggnader: Simulering av täckningsgrad och lagerutformning för lågenergibyggnader
Karlstad University, Faculty of Technology and Science.
2011 (Swedish)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Small scale seasonal storage of solar energy for domestic heating : Simulation of solar fraction and storage design for low energy buildings (English)
Abstract [sv]

Solen är en enorm energikälla med stor potential att, på ett miljömässigt hållbart sätt, kunna bidra med energi till bland annat uppvärmning av lokaler och bostäder. För att kunna förse byggnader med energi från solen krävs att tillgången på energi flyttas över tid till då behovet uppstår. Med hjälp av ett säsongslager kan solenergi från sommaren lagras och användas på vintern då behovet av energi är som störst.

Dagens befintliga anläggningar finns huvudsakligen i Europa och då främst i Tyskland. Dessa anläggningar är dimensionerade för energibehov större än 500 MWh och täcker ungefär 40-50 % av detta energibehov som består av energi till uppvärmning och tappvarmvatten.  Hur stor del av energibehovet som täcks, det vill säga täckningsgraden, beror bland annat på förlusterna från lagret som i sin tur är kopplade till lagrets mantelarea. Ju större ett lager är desto mindre blir förlusterna då förhållandet mellan mantelarea och lagervolym minskar. Ser man till storleken på de säsongslager som idag är i drift uppstår frågan om säsongslagring lämpar sig även för anläggningar som är dimensionerade för energibehov mindre än 500 MWh.

Jonas Haglund på arkitektkontoret Skanark AB i Karlstad planerar ett boende på 40 lägenheter och hoppas att säsongslagrad solenergi kan fungera som huvudsaklig energikälla för uppvärmning och tappvarmvatten. Byggnaden kan komma att byggas enligt normal byggnadsstandard alternativt som ett lågenergihus. Haglund vill därför utreda huruvida täckningsgraden för lagret påverkas om energibehovet motsvarar ett lågenergibehov jämfört med ett standardenergibehov.

Syftet med examensarbetet är att utreda möjligheten att, genom säsongslagring, tillgodose ett småskaligt energibehov motsvarande cirka 50-500 MWh. Undersökningen skall visa vilka täckningsgrader som kan uppnås med olika lagerkoncept då lagerstorlek och solfångararea varieras. Undersökningen skall även svara på hur täckningsgraden förändras då energibehovet karaktär ändras. Dessa frågeställningar besvaras genom simuleringar med beräkningsverktyget COMSOL Multiphysics.

Resultaten visar att det går att komma upp i täckningsgrader över 80 % med tillräcklig solfångararea. Lämplig lagervolym varierar beroende på vilket lagerkoncept som är aktuellt men överlag krävs en mindre lagervolym för tanken jämfört med lerlagret. På samma sätt varierar lämplig solfångararea beroende på vilket lagerkoncept som studerats. Resultatet visar att tanken uppnår högre täckningsgrader än lerlagret vid samma solfångararea. Det visar sig även att energibehovets karaktär har stor betydelse för täckningsgraden. Täckningsgraden ökar betydligt då lågenergibehovet skall tillgodoses oberoende av lagerkoncept.

Abstract [en]

The sun is a huge energy source with great potential of providing energy to the heating of homes and other buildings in an environmentally sustainable manner. In order to provide buildings with energy from the sun it is necessary to transfer the energy supply over time to when the demand arises. By storing the heat in a seasonal storage, solar energy from the summer can be used in the winter when the demand for heating is greatest.

Today's existing plants are mainly in Europe and particularly in Germany. These facilities are designed to supply heat demands greater than 500 MWh and covers about 40-50% of this need which consists of energy for space heating and domestic hot water. How much of the heat demand that is covered, the solar fraction, is partly due to losses from the storage which in turn is connected to the surface area of the storage. The bigger a storage, the smaller the losses are because of the decreasing relationship between surface area and storage volume. Looking at the size of the seasonal storages that are currently in operation, the question if seasonal storage is also suitable for installations designed for heat demands smaller than 500 MWh arises.

 Jonas Haglund of Architects Skanark AB in Karlstad is planning an accommodation of 40 flats and hopes that the seasonal solar energy can serve as the main energy source for heating and hot water. The building can be constructed according to normal building standards or as a low energy building. Haglund would like to investigate whether the character of the energy demand affects the solar fraction of the storage. Will the solar fraction of the storage change if the energy demand is equivalent to a low energy demand instead of a standard energy demand?

The purpose of this study is to investigate the possibility of covering a large fraction of a small-scale annual heat demand corresponding to about 50-500 MWh. The study shall present the solar fractions that can be achieved with different storage concepts when storage size and collector area is varied. The study will also answer how the solar fraction will change if the character of the energy demands changes. These questions are answered by simulations with computational tool COMSOL Multiphysics.

The results show that it is possible to obtain solar fractions above 80% with sufficient collector area. Suitable storage volume varies depending on the specific storage concept but generally requires a smaller storage volume of the seasonal storage in a tank compared with the duct storage in clay. Equally suitable collector area varies depending on the storage concept studied. The results show that it is possible to obtain higher solar fractions in the tank storage compared with the duct storage in clay for the same collector area. The result shows also that the character of the energy demand is of great importance for the solar fraction. The solar fraction increases significantly when the low energy demand is to be met, regardless of the storage concept.

Place, publisher, year, edition, pages
2011. , 54 p.
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kau:diva-7022OAI: oai:DiVA.org:kau-7022DiVA: diva2:397459
Presentation
2011-01-28, 9B332, Karlstad, 09:00 (Swedish)
Uppsok
Technology
Supervisors
Examiners
Available from: 2011-02-28 Created: 2011-02-14 Last updated: 2011-02-28Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1585 kB)475 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1585 kBChecksum SHA-512
e983ce018a59360cdd9a3590865691d919edbb86ccc806d1e04220a1c51d4d629c8ab2aa550244b0ca1afb5fe8bed01566a0fb5d07a4569c7455064b04fd3bc8
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Faculty of Technology and Science

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 475 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 343 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link