Hybridilämpöpumppu rakennuksen lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmänä

Transkriptio

1 Hybridilämpöpumppu rakennuksen lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmänä Antti Hänninen, Koja oy

2 Vapaajäähdytys Jäähdytystarve Energiavirtojen kierrätys Lämmitystarve Esityksen sisältö Hybridilämpöpumppu Diplomityön sisältö VAAKA -laskentaohjelma Diplomityön tulokset Yhteenveto

3 Hybridilämpöpumppu Lämmitys Jäähdytys Lauhde-energian kierrätys Miksi hybridilämpöpumppu? Energiatehokkuus Yhdellä kompressorisähköllä kaksi hyötyä TER=9 Yhtäaikaiset toiminnot Lämmönsiirrot minimoitu Yksinkertaisuus Plug&play, ei venttiiliryhmiä, ei ylimääräisiä lämmönsiirtimiä eikä ulkopuolista automatiikkaa

4 Kytkentä (liuoslauhdutteinen) Lauhdutin/ höyrystin (maapiiri, nestejäähdytin tai energiaväylä) Lauhdutin lämmitysverkostoa varten Höyrystin jäähdytysverkostoa varten Kytkentä (ilmalauhdutteinen) Lauhdutin/ höyrystin Lauhdutin lämmitysverkostoa varten Höyrystin jäähdytysverkostoa varten

5 Hybridilämpöpumppujen tuotevalikoima PELKKÄ LÄMMITYS (JÄÄHDYTYSTARVE = 0) LAUHDUTIN KYLMÄAINEPIIRI 1 KYLMÄAINEPIIRI 2 HÖYRYSTIN 5

6 PELKKÄ JÄÄHDYTYS (LÄMMITYSTARVE = 0) LAUHDUTIN KYLMÄAINEPIIRI 1 KYLMÄAINEPIIRI 2 HÖYRYSTIN LAUHDE-ENERGIAN KIERRÄTYS (LÄMMITYSTARVE JÄÄHDYTYSTARVE) LAUHDUTIN KYLMÄAINEPIIRI 1 KYLMÄAINEPIIRI 2 HÖYRYSTIN 6

7 LÄMMITYS JA LAUHDE-ENERGIAN KIERRÄTYS (LÄMMITYSTARVE > JÄÄHDYTYSTARVE) LAUHDUTIN KYLMÄAINEPIIRI 1 KYLMÄAINEPIIRI 2 HÖYRYSTIN JÄÄHDYTYS JA LAUHDE-ENERGIAN KIERRÄTYS (JÄÄHDYTYSTARVE > LÄMMITYSTARVE) LAUHDUTIN KYLMÄAINEPIIRI 1 KYLMÄAINEPIIRI 2 HÖYRYSTIN 7

8 OSATEHO (LAUHDE-ENERGIAN KIERRÄTYS) LAUHDUTIN KYLMÄAINEPIIRI 1 KYLMÄAINEPIIRI 2 HÖYRYSTIN Diplomityön sisältö Energiatehokkuustarkastelu Primäärienergiatarkastelu Vuotuiset energiakustannukset Investointi- ja elinkaarikustannusten vertailu Järjestelmäinvestoinnit Elinkaarikustannukset nykyarvomenetelmä (Mitoituslämpötilojen optimointi)

9 Rakennus Energiankulutuksen simulointidata esim. RIUSKA, IDA-ICE Mitoituslämpötilat Lämmitys ja jäähdytysverkosto VAAKA LASKENTAOHJELMA Laitteisto Tekniset ominaisuudet VAAKA LASKENTAOHJELMA Laskee eri järjestelmien: energiankulutuksen primäärienergian tarpeen vuotuiset energiakustannukset investointi- ja elinkaarikustannukset Yhdistää simulointidatan, mitoituslämpötilat ja laitteiston ominaisuudet Mahdollisuus muokata ja yksilöidä

10 Energiankulutus Primäärienergiatarkastelu Ostoenergian kulutus Kaukolämpö, sähkö, kaukojäähdytys Eri energiamuodot kuormittavat ympäristöä eri tavalla! Energiamuotojen kertoimet Primäärienergian kulutus kwh/m

11 Energiakustannukset Kaukolämmityksen ja kaukojäähdytyksen perusmaksut Tampereen Sähkölaitoksen hinnastosta Investointikustannukset Laitteet valmistajien hinnastoista Liittymät energiayhtiöiden hinnastoista Energiakentän investointi 7500 /kaivo Kentän mitoitus tehon ja energian mukaan

12 Elinkaarikustannukset Nykyarvomenetelmä Järjestelmän elinkaari 30 vuotta Diskonttauskorko 3 % Lämpöpumput ja vedenjäähdyttimet uusitaan 20 vuoden kuluttua Diplomityössä käytetyt mitoituslämpötilat Jäähdytysverkoston lämpötilataso +7/+12 C Maapiirin lämpötilataso -3/0 C

13 Simulointidata Vertailtavat rakennukset Kauppakeskus Toimistorakennus Hotelli

14 Vertailtavat lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmät 1. Kaukolämmitys ja kaukojäähdytys Täystehomitoitus 2. Hybridilämpöpumppujärjestelmä Matala mitoitusaste 3. Maalämpöjärjestelmä Matala mitoitusaste 4. Kaukolämmitys ja vapaajäähdytteiset vedenjäähdyttimet Täystehomitoitus 5. Lisäksi korkean mitoitusasteen maalämpöjärjestelmä Diplomityön tulokset Kauppakeskus 1/3 HLP nimellinen jäähdytysteho 410kW Kauppakeskuksen huipputehot: Lämmitys: 2430 kw Jäähdytys: 3710 kw Kauppakeskuksen lämmitys- ja jäähdytystarpeet Lämmitys: 1800 MWh Jäähdytys: 1010 MWh

15 Diplomityön tulokset Kauppakeskus 2/ Diplomityön tulokset Kauppakeskus 3/3 Hybridilämpöpumppujärjestelmällä pieni primäärienergian kulutus, pienet energiakustannukset, kohtuullinen investointikustannus ja pienet elinkaarikustannukset Pieni ympärivuotinen jäähdytyskuorma -> silti paljon kierrätettävää energiaa Korkea maalämpöjärjestelmän mitoitusaste -> pienet vuotuiset energiakustannukset, mutta suuret investointi- ja elinkaarikustannukset Primäärienergian kulutuksessa ei eroa matalan ja korkean mitoitusasteen maalämpöjärjestelmillä

16 Diplomityön tulokset Toimistorakennus 1/3 HLP nimellinen jäähdytysteho 180kW Toimistorakennuksen huipputehot: Lämmitys: 428kW Jäähdytys: 422kW Toimistorakennuksen lämmitys- ja jäähdytystarpeet Lämmitys: 578 MWh Jäähdytys: 134 MWh Diplomityön tulokset Toimistorakennus 2/

17 Diplomityön tulokset Toimistorakennus 3/3 Vähän ympärivuotista jäähdytyskuormaa -> hybridilämpöpumppujärjestelmä silti energiatehokas Diplomityön tulokset Hotelli 1/3 HLP nimellinen jäähdytysteho 410kW Hotellin huipputehot: Lämmitys 2010kW Jäähdytys 2090kW Hotellin lämmitys- ja jäähdytystarpeet: Lämmitys 3490 MWh Jäähdytys 1720 MWh

18 Diplomityön tulokset Hotelli 2/ Diplomityön tulokset Hotelli 3/3 Vaikka maalämpöjärjestelmä hyödyntää ilmaista jäähdytysenergiaa energiakentästä, hybridilämpöpumppujärjestelmä on energiatehokkaampi Mitä enemmän yhtäaikaisia lämmitys ja jäähdytystarpeita sitä energiatehokkaampi hybridilämpöpumppujärjestelmä Yksi kompressorityö, kaksi hyötyä Sopiva mitoitusaste -> lyhyt takaisinmaksuaika, pieni primäärienergian kulutus, pienet energiakustannukset ja pienet elinkaarikustannukset

19 Diplomityön tulokset Hotelli case 2 1/3 Ilman energiakenttää! Diplomityön tulokset Hotelli case 2 2/3 Energiakentän tuoma säästö n /vuosi! 38 19

20 Diplomityön tulokset Hotelli case 2 3/3 Kohteissa, joissa energiakentän rakentaminen ei ole mahdollista, voidaan hybridilämpöpumppua käyttää vain lauhde-energian kierrätykseen ja jäähdytykseen Esim. saneerauskohteet, kaupunkikohteet Diplomityön tulokset mitoituslämpötilojen optimointi Jäähdytysverkosto +7/+12 C:sta -> +9/+17 C:een Lämmitysverkosto +50/+45 C:sta -> +45/+40 C:een Hybridilämpöpumpun vuotuinen energiakerroin nousee 5 prosenttia IV-koneen jäähdytyspatterin riviluku kasvaa yhdellä -> SFP nousee 0,5 prosenttia ja IV-koneiden investointikustannus 1,5 prosenttia. Pumppauskustannukset pienenee

21 Yhteenveto Vapaajäähdytysaikainen lämmitystarve todennäköistä -> energiavirtojen kierrättäminen kannattaa! HLP yksinkertainen ja energiatehokas ratkaisu energiavirtojen hallintaan Kuormat rakennuskohtaisia! VAAKA laskentaohjelma työkalu järjestelmien vertailuun