Next generation smart hot water tanks with integrated latent energy storage

Varmtvannsberedere har lenge vært en uunnværlig del av våre hjem og nå kan den også bli med i kampen for det grønne skiftet ved å lagre og distribuere energi på en enda smartere måte. Tradisjonelle varmtvannsberedere (VVB) varmer opp vannet og lagrer varmen til du åpner kranen. I det du tapper vannet, etterfylles tanken med kaldt vann som fortløpende varmes opp igjen. Men hva om du kunne utsette oppvarmingen til et gunstigere tidspunkt? F. eks når strømprisen er lav? I dette prosjektet blir VVB utstyrt med faseendringsmaterialer, som er substanser som kan absorbere og frigjøre store mengder energi under en faseendring, typisk fra fast til flytende form. I praksis betyr dette at når varmtvannsberederen varmer opp vannet, blir en del av denne energien lagret i faseendringsmaterialet ved å endre dets tilstand. Nyvinningen ligger i muligheten til å lagre større mengder energi over lengre tid og ved en lavere temperatur enn i tradisjonelle beredere. Når man trenger varmt vann, utløses frigjøringen av denne lagrede energien ved å starte en faseendring i materialet. Resultatet? En mer energieffektiv og samtidig pålitelig kilde til varmt vann, drevet av tidligere lagret energi. Bedre lagringskapasitet og lavere varmetap vil være nøkkelegenskaper for å møte de nye kravene fra EUs Eco-design-direktiv. Belastningen på strømnettet kan reduseres ved å utnytte lagret energi i perioder med høy etterspørsel. Dette bidrar til å jevne ut svingningene i energiforbruket og redusere behovet for ekstra kraftproduksjon. For det andre sparer man kostnader ved å hente energi når strømprisen er lav. IPN InterLES er et samarbeidsprosjekt mellom produsenten Høiax og Sintef Energi. Støttet av forskningsrådet (6,7 MNOK) og med tilsvarende innsats fra Høiax søker prosjektet å utvikle morgendagens teknologi innenfor smarte varmtvannsberedere.

InterLES aims to increase the energy storage capacity and reduce the energy loss of the next generation hot water tanks (HWT) by integrating latent heat storage. Innovative integrations of phase change materials (PCM) and smart control algorithms reduce electricity costs for consumers, enhance grid stability, and minimize energy losses. The outcome of the project will pave the way for more energy efficient HWTs and outphasing of gas-fired water heaters. Through the project we will design and test three integration ideas for PCMs in HWT systems: PCM filled in (1) macroencapsulation and (2) cylindrical containers within the water in the tank, and (3) a cylindrical sleeve with PCM around the HWT as part of the insulation. Multiple PCMs with increasing melting temperatures from bottom to top will be tested in the HWTs to ensure complete melting of each PCM within the stratification temperature profile, which varies across the height of the HWT. Each integration concept will undergo laboratory testing and computational modelling to evaluate its potential for mass production based on eco-techno-economic analysis to identify the most promising concept for further development. InterLES aims to develop a 200L combined water/PCM smart storage hot water tank with an increased storage capacity of 3 kWh / 30% and reduced heat loss of 7 W / 10 %. This solution could potentially be adapted to HØIAX's range of products, from small to large scale HTWs. If half of households in Norway adopt this smart storage unit, this would increase the total energy storage capacity with 4 GWh and increase the annual energy saving with 80 GWh. In the European market, this solution has the potential to increase the total energy storage capacity by 0.3 TWh and reduce the yearly energy loss by 6.2 TWh. HØIAX estimate they can more than quadruple their present sales volume if they are ahead in this development.