Kan sesonglagring av varme med solfangere dekke oppvarmingsbehov i norske boliger?

Abstract

Problemstillingen for denne oppgaven var å se om sesonglagring av termisk energi kan bidra til at solfangere alene kan benyttes til oppvarming av boliger i Norge. Problemstillingen kommer fram som et alternativ til konvensjonelle oppvarmingsteknologier for å kunne kontre en eventuell framtidig økning i energiforbruket. Rundt tre fjerdedeler av energibruken til husholdningene går til oppvarming og en slik løsning vil komme godt med. Det ses på andre muligheter også hvor solfangere og BTES (Borehole Thermal Storage Energy) er med som supplement til andre oppvarmingsmetoder.

Det er mer enn nok solenergi tilgjengelig i verden til å kunne dekke verdens energibehov. For denne oppgaven er det sett på solfangere som et alternativ for oppvarming av varmtvann og romoppvarming for boliger. Solfangere leverer varme fra solinnstråling ved oppvarmet varmemedium. Utfordringa med solfangere i Norge er at varmen solfangerne fanger, blir fanget på sommeren. Nesten alt av forbruk skjer om vinteren, bortsett ifra for oppvarming av varmtvann som står for 15 % av det totale energiforbruket til husholdningene.

En løsning på utfordringa med lagring av varme fra sommer til vinteren er sesonglagring av varme. Sesonglagring av varme vil si at en lagrer overskuddsvarmen solfangerne leverer om sommeren til vinteren. UTES-systemer (Underground Thermal Storage Energy) som BTES og ATES (Aquifer Thermal Energy Storage) er sett på i denne oppgaven. ATES viser seg å ikke være passende for Norge. BTES på sin side er avhengig av varmeledningsevnen til berggrunnen der den ønskes boret. BTES fungerer ved at varmemediet føres gjennom borehullene som varmer opp grunnen rundt borehullene. Om vinteren når en ønsker å hente varme fra BTES systemet vil varmemediet bli varmet opp ved at varmemediet ført gjennom borehullene får varme tilført fra grunnen.

Resultatene viser at Solfanger-BTES-system, ikke vil klare å levere nok varme til å kunne dekke oppvarmingsbehovet alene. På en annen side er det mulig å dekke deler av behovet som supplement til konvensjonelle oppvarmingsteknologier.

The objective of this thesis was to see if seasonal thermal energy storage could contribute to solar thermal collectors, being able to provide the heating needs for a household in Norway. The issue of increased energy consumption in the future is the reasoning behind this thesis. As three fourths of the energy consumption of households is to space heating and water heating, such a solution would significantly decrease the need for increased energy production in the future. In this thesis, I also look at other options, as for example a solution were solar collectors with BTES (Borehole Thermal Storage Energy) is a supplement to other heating methods. The solar energy earth receives is more than enough to supply the world with its energy demands. For this thesis, solar thermal collectors are looked at as an alternative to conventional heating methods for space and water heating. The issue for solar thermal collectors in Norway, is the issue of the energy being collected in the summer while most of the need for the energy is in the winter. In the summer period, only water heating is needed, and water heating is only 15 % of the entire energy consumption of a household while space heating is between 60-70 %. Seasonal thermal energy storage of the excess energy collected during the summer is a solution to the issue at hand. The excess heat from the summer is stored and then used during the winter. UTES-systems (Underground Thermal Storage Energy) as BTES and ATES (Aquifer Thermal Energy Storage) are looked at in this thesis. ATES is showed to not be suitable for Norway. While BTES is dependent on the thermal conductivity of the bedrock. BTES-system operates with a heat transfer fluid running through the system. During the summer, the heat transfer fluid provides heat to the bedrock, which is warmed up. During the winter, the bedrock warms up the heat transfer fluid. The results show that solar thermal collectors with BTES-system are not able to meet the entire heating needs of a household alone. As a supplementary heating unit with conventional heating methods, it may be able to contribute to a households needs.