{"id":{"repo_id":"upc-spain","oai_identifier":"oai:repositorio.upct.es:10317/11510"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/upc-spain/oai:repositorio.upct.es:10317/11510","repository":{"repo_id":"upc-spain","name":"Universidad Politécnica de Cartagena","base_url":"http://repositorio.upct.es/oai/request"},"display":{"title":"Experimental characterization and numerical modelling of an installation for the generation of domestic hot water with heat pump","abstract":"[SPA] En esta tesis, la eficiencia energética de una bomba de calor trans-crítica de CO2 acoplada a un tanque de almacenamiento de agua caliente para la producción de agua caliente sanitaria se caracteriza y analiza bajo la norma europea EN16147. Se desarrollado una instalación experimental para realizar los ensayos mencionados en la norma y determinar el rendimiento termodinámico de la bomba de calor y el rendimiento energético del sistema de generación de agua caliente sanitaria. Las condiciones de los ensayos de este estudio se realizaron según las condiciones de la norma europea EN16147. Al principio, se estudiaron dos configuraciones de la bomba de calor, con y sin intercambiador de calor interno bajo las mismas condiciones de funcionamiento para mostrar el impacto del intercambiador de calor interno en el rendimiento termodinámico de la bomba de calor de CO2. Los resultados mostraron que la introducción de un intercambiador de calor interno da un mejor rendimiento termodinámico. El COP global de los ciclos con y sin intercambiador de calor interno tenía el valor de 3.28 y 3.14 respectivamente, lo que significa que el COP global del sistema se mejora de aproximadamente 4.42% al agregar el intercambiador de calor interno. Luego, se realizaron tres pruebas principales bajo las condiciones del estándar: el paso de calentamiento, el paso de enfriamiento y el paso del perfil de carga. El proceso de calentamiento del tanque de almacenamiento se llevó a cabo bajo varias condiciones de caudal de gas cooler y varias temperaturas de entrada del evaporador con el objetivo de determinar y caracterizar la evolución temporal del COP de la bomba de calor y analizar el rendimiento termo-hidráulico de la estratificación dentro del tanque de almacenamiento bajo estas condiciones de operación. Los resultados mostraron que el caudal del gas cooler tiene un impacto importante en la estratificación térmica dentro del tanque de almacenamiento. Los caudales más bajos del gas cooler dan una mejor estratificación y un mejor COP. El proceso de extracción y el proceso de enfriamiento también se realizan y analizan bajo las condiciones de perfil de extracción 3XL. Los resultados del proceso de extracción según el perfil 3XL, muestran que la bomba de calor se pone en marcha tras la cuarta extracción y el proceso de calentamiento de este ensayo tarda 6 horas hasta que el tanque de almacenamiento se calienta de nuevo a 60 ºC, y se obtiene un COP global de 2,89. La caracterización del proceso de enfriamiento del tanque de almacenamiento se realizó bajo tres caudales de extracción. Los resultados muestran que, a medida que aumenta el caudal de extracción, el tiempo de enfriamiento disminuye. Además, se desarrolló y discretizó un nuevo modelo numérico de un tanque de almacenamiento estratificado utilizando el método de diferencia finita para su uso en simulación numérica utilizando el software TRNSYS. La comparación de los resultados numéricos con los resultados obtenidos de la configuración experimental mostró una buena concordancia.","abstract_html":"[SPA] En esta tesis, la eficiencia energética de una bomba de calor trans-crítica de CO2 acoplada a un tanque de almacenamiento de agua caliente para la producción de agua caliente sanitaria se caracteriza y analiza bajo la norma europea EN16147. Se desarrollado una instalación experimental para realizar los ensayos mencionados en la norma y determinar el rendimiento termodinámico de la bomba de calor y el rendimiento energético del sistema de generación de agua caliente sanitaria. Las condiciones de los ensayos de este estudio se realizaron según las condiciones de la norma europea EN16147. 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El proceso de calentamiento del tanque de almacenamiento se llevó a cabo bajo varias condiciones de caudal de gas cooler y varias temperaturas de entrada del evaporador con el objetivo de determinar y caracterizar la evolución temporal del COP de la bomba de calor y analizar el rendimiento termo-hidráulico de la estratificación dentro del tanque de almacenamiento bajo estas condiciones de operación. Los resultados mostraron que el caudal del gas cooler tiene un impacto importante en la estratificación térmica dentro del tanque de almacenamiento. Los caudales más bajos del gas cooler dan una mejor estratificación y un mejor COP. El proceso de extracción y el proceso de enfriamiento también se realizan y analizan bajo las condiciones de perfil de extracción 3XL. 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La comparación de los resultados numéricos con los resultados obtenidos de la configuración experimental mostró una buena concordancia.","[ENG] In this thesis, the energetic efficiency of a trans-critical CO2 heat pump coupled to a hot water storage tank for domestic hot water production is characterized and analyzed under the European standard EN16147. An experimental facility is set up in order to realize the tests mentioned in the standard and determine the thermodynamic performance of the heat pump and the energetic performance of the domestic hot water generation system. The tests conditions of this study were performed according the European standard EN16147 conditions. In the beginning, two configurations of the heat pump, with and without internal heat exchanger were studied under the same operating conditions to show the impact of the internal heat exchanger on the thermodynamic performance of the CO2 heat pump. The results showed that the introduction of an internal heat exchanger give better thermodynamic performance. The global COP of the cycles with and without internal heat exchanger had the value of 3.28 and 3.14 respectively, which means that the global COP of the system is enhanced of about 4.42% by adding the internal heat exchanger. Then, three main tests were realized under the standard´s conditions: the heating step, the cooling step, and the load profile step. The heating process of the storage tank was effectuated under various gas cooler flowrate conditions and various evaporator inlet temperature with objective to determine and characterize the time evolution of the COP of the heat pump and analyze the thermo-hydraulic performance of the stratification within the storage tank under these operating conditions. results showed that the gas cooler flowrate plays important role on the thermal stratification inside the storage tank. Lower gas cooler flowrates give better stratification, and better COP. The extraction process and the cooling process also are performed and analyzed under the 3XL extraction profile conditions. The results of the extraction process according to the 3XL profile, show that the heat pump starts up after the fourth extraction and the heating process of this step take time of 6 hours until the storage tank heated up again to 60 ºC, and globa COP of 2.89 is obtained. The characterization of the cooling process of the storage tank was performed under three extraction flowrates. Results show that, as the extraction flowrate increases, the cooling time decreases. In addition, a new numerical model of a stratified storage tank was developed and discretized using the finite difference method for the use in numerical simulation using TRNSYS software. The comparison of the numerical results with the results obtained from the experimental set up showed a good agreement."]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Experimental characterization and numerical modelling of an installation for the generation of domestic hot water with heat pump"]}]}],"canonical_facts":{"dc:date.issued":["2022"],"dc:description.other":["[SPA] En esta tesis, la eficiencia energética de una bomba de calor trans-crítica de CO2 acoplada a un tanque de almacenamiento de agua caliente para la producción de agua caliente sanitaria se caracteriza y analiza bajo la norma europea EN16147. Se desarrollado una instalación experimental para realizar los ensayos mencionados en la norma y determinar el rendimiento termodinámico de la bomba de calor y el rendimiento energético del sistema de generación de agua caliente sanitaria. Las condiciones de los ensayos de este estudio se realizaron según las condiciones de la norma europea EN16147. 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Los resultados del proceso de extracción según el perfil 3XL, muestran que la bomba de calor se pone en marcha tras la cuarta extracción y el proceso de calentamiento de este ensayo tarda 6 horas hasta que el tanque de almacenamiento se calienta de nuevo a 60 ºC, y se obtiene un COP global de 2,89. La caracterización del proceso de enfriamiento del tanque de almacenamiento se realizó bajo tres caudales de extracción. Los resultados muestran que, a medida que aumenta el caudal de extracción, el tiempo de enfriamiento disminuye. Además, se desarrolló y discretizó un nuevo modelo numérico de un tanque de almacenamiento estratificado utilizando el método de diferencia finita para su uso en simulación numérica utilizando el software TRNSYS. La comparación de los resultados numéricos con los resultados obtenidos de la configuración experimental mostró una buena concordancia.","[ENG] In this thesis, the energetic efficiency of a trans-critical CO2 heat pump coupled to a hot water storage tank for domestic hot water production is characterized and analyzed under the European standard EN16147. An experimental facility is set up in order to realize the tests mentioned in the standard and determine the thermodynamic performance of the heat pump and the energetic performance of the domestic hot water generation system. The tests conditions of this study were performed according the European standard EN16147 conditions. In the beginning, two configurations of the heat pump, with and without internal heat exchanger were studied under the same operating conditions to show the impact of the internal heat exchanger on the thermodynamic performance of the CO2 heat pump. The results showed that the introduction of an internal heat exchanger give better thermodynamic performance. The global COP of the cycles with and without internal heat exchanger had the value of 3.28 and 3.14 respectively, which means that the global COP of the system is enhanced of about 4.42% by adding the internal heat exchanger. Then, three main tests were realized under the standard´s conditions: the heating step, the cooling step, and the load profile step. The heating process of the storage tank was effectuated under various gas cooler flowrate conditions and various evaporator inlet temperature with objective to determine and characterize the time evolution of the COP of the heat pump and analyze the thermo-hydraulic performance of the stratification within the storage tank under these operating conditions. results showed that the gas cooler flowrate plays important role on the thermal stratification inside the storage tank. Lower gas cooler flowrates give better stratification, and better COP. The extraction process and the cooling process also are performed and analyzed under the 3XL extraction profile conditions. The results of the extraction process according to the 3XL profile, show that the heat pump starts up after the fourth extraction and the heating process of this step take time of 6 hours until the storage tank heated up again to 60 ºC, and globa COP of 2.89 is obtained. The characterization of the cooling process of the storage tank was performed under three extraction flowrates. Results show that, as the extraction flowrate increases, the cooling time decreases. In addition, a new numerical model of a stratified storage tank was developed and discretized using the finite difference method for the use in numerical simulation using TRNSYS software. 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