Thermo-economic Analysis of a Solar Pit Seasonal Thermal Energy Storage for Greenhouse Heating
Author
Tarouca Fael, João Pedro
Term
4. semester
Education
Publication year
2020
Submitted on
2020-05-29
Pages
111
Abstract
Greenhouse farming is growing, and this thesis examines whether renewable heat can reliably keep a tomato greenhouse near Aarhus, Denmark, at 18–22°C. The system combines a 2,000 m3 pit seasonal thermal energy storage (a large, insulated water reservoir that stores heat from one season to the next) with a 3,000 m2 field of U-pipe evacuated tube solar collectors, using water at up to 85°C. Technical performance was assessed with energy balances for all components, and economics were evaluated with a net present value (NPV) analysis. Using the greenhouse’s hourly heat demand over a full year, a multi-node model predicted temperature stratification (layered temperatures) in the storage based on flows between the collector field and the greenhouse. The model indicates that the setup can cover 73% of the heat demand of a 2,000 m2 tomato greenhouse while maintaining the target temperature range, with a solar collector efficiency of 33.5% and a storage efficiency of 80.5%. Economically, the system yields a positive NPV of €200,000 over 20 years and a payback time of 10 years.
Drivhusproduktion er i vækst, og dette speciale undersøger, om vedvarende varme kan holde et tomatdrivhus i området ved Aarhus på 18–22 °C pålideligt. Systemet består af et sæsonvarmelager i jordbassin på 2.000 m3 (et stort, isoleret vandbassin, der lagrer varme fra én sæson til den næste) kombineret med et 3.000 m2 felt af U-rørs evakuerede rørsolfangere, der bruger vand med op til 85 °C. Den tekniske ydelse blev vurderet med varmeregnskaber for alle enheder, og økonomien blev vurderet med en nettonutidsværdi-analyse (NNV). Med timeopløst varmebehov for drivhuset over et helt år blev der brugt en multinode-model til at forudsige temperaturlagdeling i lageret, baseret på strømme til og fra solfangerfeltet og drivhuset. Modellen viser, at opsætningen kan dække 73 % af varmebehovet for et 2.000 m2 tomatdrivhus og samtidig holde den ønskede temperatur, med en solfanger-effektivitet på 33,5 % og en lager-effektivitet på 80,5 %. Økonomisk giver systemet en positiv NNV på 200.000 € over 20 år og en tilbagebetalingstid på 10 år.
[This apstract has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]
Keywords