Maalämmön ja -viilennyksen hyödyntäminen asuinkerrostalon lämmityksessä ja jäähdytyksessä

Transkriptio

1 VTT TIEDOTTEITA 2546 Riikka Holopainen, Sirje Vares, Jouko Ritola & Sakari Pulakka Maalämmön ja -viilennyksen hyödyntäminen asuinkerrostalon lämmityksessä ja jäähdytyksessä

2 VTT TIEDOTTEITA 2546 Riikka Holopainen, Sirje Vares, Jouko Ritola & Sakari Pulakka Maalämmön ja -viilennyksen hyödyntäminen asuinkerrostalon lämmityksessä ja jäähdytyksessä

3

4 VTT TIEDOTTEITA RESEARCH NOTES 2546 Maalämmön ja -viilennyksen hyödyntäminen asuinkerrostalon lämmityksessä ja jäähdytyksessä Riikka Holopainen, Sirje Vares, Jouko Ritola & Sakari Pulakka

5 ISBN (URL: ISSN (URL: Copyright VTT 2010 JULKAISIJA UTGIVARE PUBLISHER VTT, Vuorimiehentie 5, PL 1000, VTT puh. vaihde , faksi VTT, Bergsmansvägen 5, PB 1000, VTT tel. växel , fax VTT Technical Research Centre of Finland, Vuorimiehentie 5, P.O. Box 1000, FI VTT, Finland phone internat , fax Kannen kuva: BERGANS/EKOVERMO/ILLUSTRAATIO/1/ Toimitus Leena Ukskoski 2

6 Riikka Holopainen, Sirje Vares, Jouko Ritola & Sakari Pulakka. Maalämmön ja viilennyksen hyödyntäminen asuinkerrostalon lämmityksessä ja jäähdytyksessä. Espoo VTT Tiedotteita Research Notes s. Avainsanat geothermal heating, geothermal cooling, passive house, low-energy house Tiivistelmä Espoon Vermoon on suunniteltu kerrostaloaluetta, jossa hyödynnetään maalämpöä rakennuksen lämmityksessä ja jäähdytyksessä. Maalämmön hyödyntämistä tarkasteltiin laskemalla esimerkkikerrostalon energiankulutus neljällä eri vaihtoehdolla: 1. passiivitason rakenteet 2. passiivitason rakenteet ja taloyhtiön yhteinen kylmäsäilytystila 3. matalaenergiatason rakenteet 4. matalaenergiatason rakenteet ja taloyhtiön yhteinen kylmäsäilytystila. Tilalämmityksen ja -jäähdytyksen tarve laskettiin dynaamisella simuloinnilla VTT Talo -ohjelmalla. Lämpimän käyttöveden lämmitysenergiatarve arvioitiin toteutuneen kerrostalokohteen mitatun kuukausikulutuksen avulla. Joka vaihtoehdolle tehtiin seuraava maalämmön hyödyntämistarkastelu: Maalämpöpumppu mitoitettiin 90 %:lle, 70 %:lle, 50 %:lle, 40 %:lle tai 30 %:lle maksimilämmitystehon tarpeesta, ja pumpulle laskettiin kuukausittaiset lämmitys- ja jäähdytysenergiantuotot. Saatujen kuukausiarvojen ja kuukausittaisten maksimitehontarpeiden avulla tehtiin geokentän mallinnus, josta saatiin tarvittava lämpökaivojen määrä ja lämmönkeruuputkiston pituus sekä yhdelle kerrostalolle että alueratkaisulle. Lämmön- ja jäähdytyksentuottojärjestelmille tehtiin elinkaarikustannustarkastelu (LCC), jossa verrattiin maalämpöpumppuratkaisua (maalämmitys ja -viilennys, lisälämmitys sähköllä) kaukolämmitysratkaisuun (kaukolämpö ja kompressorijäähdytys). Laskentajakson pituus oli 20 vuotta ja laskennassa käytetty laskentakorko 6 %. Energian hinnan vuotuiselle nousulle (eskalaatiolle) käytettiin kahta skenaariota: 1) maltillinen: lämpöenergian hinnan eskalaatio 2 %, sähköenergian 3 % 2) nopea: lämpöenergian hinnan eskalaatio 4 %, sähköenergian 5 %. Elinkaarikustannustarkastelussa huomioitiin vain lämmön- ja jäähdytyksentuottojärjestelmän kustannukset, koska lämmön ja jäähdytyksen jakeluverkostot ovat samat molemmille ratkaisuille. Elinkaarikustannustarkastelun mukaan maalämpö on kaikilla mitoitussuhteilla edullisempi vaihtoehto. Maalämpöratkaisulle matalimmat elinkaarikustannukset saadaan tilanteessa, jossa maalämpöpumpun mitoitussuhde on 50 % tarvittavasta maksimitehosta. Elinkaarikustannustarkastelu tehtiin lisäksi maalämpö- ja kaukolämpöratkaisuille ilman jäähdytystä sekä maltillisella että nopealla energian hinnannoususkenaariolla 20 vuoden ajalle. Maalämpö on myös ilman jäähdytystä edullisin vaihtoehto. 3

7 Elinkaarianalyysitarkastelu (LCA) tehtiin samalle kerrostalolle passiivi- ja matalaenergiatason rakenteilla joko maalämpö- tai kaukolämpöratkaisulla. Tarkastelussa maalämpöpumpun mitoitussuhde oli 50 % tarvittavasta maksimitehosta. Elinkaarianalyysin tuloksena oli hiilijalanjälki 50 vuoden tarkastelujaksolle. Kaukolämpöratkaisujen laskennassa käytettiin ominaispäästökertoimena Espoon kaukolämpötuotannon hiilijalanjälkeä. Maalämpöpumppuratkaisuissa päästöjen laskenta perustui skenaariotarkasteluun riippuen siitä, vaikuttaako lisääntyvä sähköntarve Suomen sähköntuotannon rakenteeseen paljon tai vähän. Tätä varten laskettiin hiilijalanjälkitulokset keskimääräiselle suomalaiselle sähköntuotannolle sekä kivihiililauhdetuotannolle, jolla korvataan lisääntynyt sähkönkysyntä, kun muut tuotantokapasiteetit ovat jo käytössä. Käytetyt skenaariot olivat: Skenaario 1 Maalämpöpumpun tarvitsema sähkö sekä mitoitustehosta (50 %) johtuva lisälämmitystarve tuotetaan keskimääräisellä Suomalaisella sähköllä. Skenaario 2 Maalämpöpumpun tarvitsema sähkö (pumpun sähköntarve) tuotetaan keskimääräisellä suomalaisella sähköllä ja lisälämmitystarve lauhdevoimalla (sähkön erillistuotanto kivihiililauhteella). Skenaario 3 Maalämpöpumpun tarvitsema sähkö (pumpun sähköntarve sekä lisälämmitystarve) talvikuukausina (joulukuu, tammikuu, helmikuu) tuotetaan 100 % lauhdetuotannolla (sähkön erillistuotanto kivihiililauhteella), muulloin keskimääräisellä suomalaisella sähköllä. Skenaario 4 Kaikki maalämpöpumpun tarvitsema sähkö sekä lisälämmitys tuotetaan 100 % lauhdetuotannolla (sähkön erillistuotanto kivihiililauhteella). Tarkastelu tehtiin passiivitalon rakenteilla. Skenaarioilla 1 ja 2 maalämpöratkaisun hiilijalanjälki oli alle puolet kaukolämpöratkaisun hiilijalanjäljestä. Skenaariolla 3 maalämpöratkaisun hiilijalanjälki oli hieman pienempi kuin kaukolämpöratkaisun. Skenaariolla 4 maalämpöratkaisun hiilijalanjälki oli lähes kaksi kertaa isompi kuin kaukolämpöratkaisun hiilijalanjälki. Verrattaessa vain kerrostalon rakenneratkaisuita elinkaarianalyysitarkastelun mukaan passiivitason rakenteet lisäsivät kerrostalon hiilijalanjälkeä vain vähän (< 10 %) verrattuna matalaenergiatason rakenteisiin. Kun otettiin lisäksi huomioon käytönaikainen energiankulutus sekä rakenteiden korjaukset 50 vuoden ajalta, passiivitalon kokonaishiilijalanjälki on pienempi (noin 20 %) kuin matalaenergiatalon hiilijalanjälki. Tämän tarkastelun lämmitysvaihtoehtona oli kaukolämpö. Maalämpö- ja kaukolämpöratkaisujen hiilijalanjäljen edullisuus riippuu siitä, miten Suomen sähköntuotanto tulee kehittymään. Tällä hetkellä sähkön kysyntä Suomessa ylittää tuotannon. Lisääntyvä sähköntarve joko ostetaan ulkomailta tai tuotetaan erillisillä lauhdevoimaloilla, joissa hiilijalanjälki on suuri. Maalämpöpumpun sähköntarpeen vaikutuksen suuruus hiililauhdetuotantoon vaikuttaa siihen, menetetäänkö maalämpöpumppuratkaisun tehokkuushyöty hiilijalanjälkitarkastelussa kokonaan tai vain osittain. Toisaalta, jos Suomen sähköntuotanto lähitulevaisuudessa kehittyy ja muuttuu omavaraiseksi, uusiutuvia energialähteitä otetaan enemmän käyttöön ja uusia ydinvoimaloita rakennetaan, tulos on paljon myönteisempi maalämpöratkaisujen sähkönkäytön osalta. 4

8 Alkusanat Maa- ja kallioenergia yhdyskunnan energiahuollossa (GEOENER) -projekti on Tekesin rahoittamaan Kestävä yhdyskunta teknologiaohjelmaan kuuluva ryhmähanke. Hankkeen tarkoituksena on edistää uusiutuvan, tuontipolttoaineita säästävän ja kestävää kehitystä tukevan maa- ja kalliolämmön (geoenergian) käyttöä Suomessa ja luoda alalle sellaista soveltavaa tutkimusta/osaamista, joka on suomalaisten yritysten hyödynnettävissä niiden kotimaisessa ja kansainvälisessä liiketoiminnassa. Hankkeessa kuvataan eri geoenergiajärjestelmien toteutusratkaisuja kohde-esimerkkien avulla ja arvioidaan järjestelmien toimivuutta. Julkaisussa tarkastellaan Espoon Vermoon suunnitellun maalämpöä hyödyntävän esimerkkikerrostalon toimivuutta eri maalämmön mitoitusosuuksilla. Maalämpöratkaisua verrataan kaukolämpöratkaisuun sekä elinkaarikustannusten että hiilijalanjäljen osalta. 5

9 Sisällysluettelo Tiivistelmä... 3 Alkusanat Johdanto ja tavoite Kohteen kuvaus Rakenneratkaisut Ilmanvaihto Tilalämmitys ja -jäähdytys Sisäiset kuormat Tilojen ja ilmanvaihdon lämmitys- ja jäähdytystarve Lämpimän käyttöveden lämmitystarve Maalämpöpumpun mitoitus Lämmitys- ja jäähdytysteho Lämmitysenergian kuukausituotto Jäähdytysenergian kuukausituotto Geokentän mallinnus Geoenergiakaivojen mitoitus yhdelle kerrostalolle Geoenergiajärjestelmän kytkentä Elinkaarikustannuslaskenta, LCC Laskennan perusteet LCC-elinkaarikustannusvertailu Hiilijalanjälkilaskenta Laskennan perusta Energiantuotannon hiilijalanjälki Keskimääräisen sähkön ja kaukolämmön hiilijalanjälki Erillisellä lauhdetuotannolla tuotetun sähkön hiilijalanjälki Espoon kaukolämpö Energiatuotannon kehitysnäkymät ja sähkön hiilijalanjälki Energiankulutuksen hiilijalanjälkitulokset Rakennuksen hiilijalanjälki GeoEner-liiketoimintamalli

10 1. Johdanto ja tavoite 1. Johdanto ja tavoite Espoon Vermoon on suunniteltu kerrostaloaluetta, jossa hyödynnetään maalämpöä rakennuksen lämmityksessä ja jäähdytyksessä. Rakennuksissa on lattialämmitys ja kattojäähdytys. Esimerkkikerrostalon tilojen lämmitys- ja jäähdytysenergiankulutus lasketaan VTT Talo -ohjelman dynaamisella vuosisimuloinnilla neljällä eri vaihtoehdolla: 1. passiivitason rakenteet 2. passiivitason rakenteet ja taloyhtiön yhteinen kylmäsäilytystila 3. matalaenergiatason rakenteet 4. matalaenergiatason rakenteet ja taloyhtiön yhteinen kylmäsäilytystila. Lämpimän käyttöveden lämmitysenergiatarve arvioidaan toteutuneen kerrostalokohteen mitatun kuukausikulutuksen avulla. Jokaiselle vaihtoehdolle lasketaan energiankulutusprofiilit, joiden avulla on mahdollista suunnitella ja mitoittaa geoenergiakonseptit erityyppisille talotekniikkaratkaisuille. Lisäksi tehdään elinkaarikustannusvertailu ja elinkaarianalyysi, jossa maalämpöpumppu-ratkaisua verrataan vaihtoehtoiseen kaukolämpö- ja kompressorijäähdytysratkaisuun. Elinkaaritarkasteluja tullaan hyödyntämään liiketoimintamallien kehittämisessä. 7

11 1. Johdanto ja tavoite GeoEner kokonaistarkastelu elinkaariedullisuus Liiketoimintamallit VTT Talo tunnittainen tilalämmitys- ja tilajäähdytystarve, W GEO-järjestelmälaskenta (excel) MLP-mitoitus halutulle teho-osuudelle, MLP:n lämpö- ja kylmäkertoimien tarkennus suunnittelulämpötilassa, käyttöveden lämmöntarve, lämmitysenergian ja sähkönkulutus, energiakaivojen alustavat simuloinnit kirja-arvoilla, LCC ja LCA-laskenta Maaperästä tarvittava lämmitysja jäähdytysenergia, sekä lämpötilarajat, MLP:n lämpö- ja kylmäkertoimet Energiakaivojen määrät, syvyydet ja sijainti maaperäanalyysi (GTK) Maa-/kallioperätietojen tarkennus, TRT-mittaus: lämpötila, lämmönjohtavuus, geoterminen gradientti, pohjavesivaikutus. Kaivojen energiatehokkkuus (HEX) Geo-kentän mallinnus (VTT ja GTK) MLP = maalämpöpumppu Kuva 1. Maalämmön hyödyntämistarkastelu. 8

12 2. Kohteen kuvaus 2. Kohteen kuvaus Espoon Perkkaalle suunniteltavalle uudelle rakennusalueelle on tarkoitus kaavoittaa noin k-m 2 liike- ja asuinkerrosalaa (Kuva 2). Tässä tarkastelussa arvioidaan geoenergian käyttömahdollisuutta kaavoitettavan alueen asuinkiinteistöjen energiahuollossa. Kuva 2. Bergans-pilotti, kaavoitettava asuinalue. Geoenergiatarkastelua ja konseptimitoitusta varten suunniteltiin mallikerrostalo sekä matalaenergiaettä passiivienergiarakenteilla. Bergans-mallikerrostalossa on viidessä kerroksessa kerrosalaa yhteensä m 2 ja huoneistoalaa m 2. Rakennustilavuus on rak-m 3. Yhden kerroksen seinäkorkeus on 2,6 m, huoneistoja on 29 kpl ja niiden keskikoko on 54,9 m 2. Asukkaita on 40 henkilöä. Huoneistoista 19 on yksiöitä, yhdeksän kaksiota ja yksi kolmio. Ensimmäisessä kerroksessa on varastohuone, jonka pinta-ala on 12,9 m 2. Varastoa tarkastellaan kahdella käyttölämpötilalla: + 17 C tai + 10 C (kylmävarasto). Pohjakerroksessa on varastohuone ja viisi asuntoa (Kuva 3), kerroksissa on kussakin 6 asuntoa (Kuva 4). 9

13 2. Kohteen kuvaus Kuva 3. Pohjakerros. Kuva 4. Kerrosten pohjakuva. Asuntojen huoneistoalat vaihtelevat välillä 40,3 97,5 m 2 (Taulukko 1). Asukkaita on yksiöissä yksi, kaksioissa kaksi ja kolmiossa kolme asukasta. 10

14 2. Kohteen kuvaus Taulukko 1. Tilojen nettopinta-alat. Pinta-ala, m 2 1. krs: yksiö 1 46,3 1. krs: yksiö 2 46,3 1. krs: yksiö 3 40,3 1. krs: kaksio 70,1 1. krs: kolmio 97,5 1. krs: varasto 12,9 1. krs: porras 56,4 1. krs yhteensä 369, krs: yksiö 1 46, krs: yksiö 2 46, krs: yksiö 3 40, krs: yksiö 4 48, krs: kaksio 1 72, krs: kaksio 2 68, krs: porrashuone 39, krs yhteensä /krs 367,2 Rakennus yhteensä Huoneistopinta-ala yhteensä Rakenneratkaisut Kerrostalon energiantarve laskettiin sekä passiivitason että matalaenergiatason rakenteilla (Taulukko 2). Kylmävaraston ympärillä olevan väliseinä on lämpöeristetty 2 x 200 mm mineraalivillakerroksella. Huoneistojen välisissä väliseinissä on 2 x 65 mm mineraalivillaeristys. Molempien ratkaisujen vaipan ilmavuotoluku n50 on 0.6 1/h (vaihtoa tunnissa). Taulukko 2. Passiivitalon ja matalaenergiatalon U-arvot. Rakenne ja kokonaispaksuus Alapohja AP 850 mm Ulkoseinä US 550 mm Väliseinä VS 205 mm Yläpohja YP 822 mm Passiivitalon U-arvo, W/m 2 K Matalaenergiatalon U-arvo, W/m 2 K 0,122 0,150 0,078 0,140 0,278 0,278 0,071 0,100 Ikkunat 0,76 0,9 Ovet 0,74 0,74 11

15 2. Kohteen kuvaus 2.2 Ilmanvaihto Kerrostalossa on huoneistokohtainen ilmanvaihto seinäpuhalluksella. Ilmanvaihdon lämmöntalteenoton vuosihyötysuhde on 75 % passiivitalolle ja 70 % matalaenergiatalolle. Lämmöntalteenottolaitteena on pyörivä kenno. Ilmanvaihto mitoitettiin SMRK D5:n mukaan. Koko rakennuksen tuloilmavirta oli 762 dm 3 /s ja poistoilmavirta 803 dm 3 /s (Taulukko 3). Taulukko 3. Laskennassa käytetyt ilmavirrat tiloittain. Tuloilmavirta (SRMK), dm 3 /s Poistoilmavirta (SRMK), dm 3 /s 1. krs: yksiö 1 19,0 20,4 1. krs: yksiö 2 19,0 20,4 1. krs: yksiö 3 16,6 17,7 1. krs: kaksio 28,9 30,9 1. krs: kolmio 40,1 42,9 1. krs: varasto 2,6 2,6 1. krs: porras 23,2 22,6 1. krs yhteensä krs: yksiö 1 19,1 20, krs: yksiö 2 19,1 20, krs: yksiö 3 20,1 21, krs: yksiö 4 16,7 17, krs: kaksio 1 30,7 32, krs: kaksio 2 29,0 30, krs: porrashuone 18,4 17, krs yhteensä /krs Rakennus yhteensä Tilalämmitys ja -jäähdytys Lämmitykselle ja jäähdytykselle asetetut tavoitelämpötilat olivat samat molemmissa rakenneratkaisuissa, mutta 1. kerroksen varastohuoneelle käytettiin kylmävarasto-vaihtoehdossa asetuslämpötilaa 10 C. Taulukko 4. Lämmityksen ja jäähdytyksen asetusarvot eri tiloille. Tila Lämmityksen asetuslämpötila, C Jäähdytyksen asetuslämpötila, C huoneistot porrashuone 17 ei jäähdytystä varasto / kylmävarasto 17 tai 8 (kylmävarasto) ei jäähdytystä tai 10 (kylmävarasto) Rakennus sijaitsee Espoon Vermossa. Simuloinnissa käytettiin Helsinki-Vantaan säätiedostoa. 12

16 2. Kohteen kuvaus 2.4 Sisäiset kuormat Sisäisten kuormien laskennassa käytetyt huoneistokohtaiset laitesähkönkulutukset määritettiin yksiöille, kaksioille ja kolmiolle (Taulukko 5). Taulukko 5. Huoneistokohtaiset laitesähkönkulutukset. Tila Laitekuorma Vuotuinen kulutus, kwh Yksiö Kaksio Kolmio valaistus astianpesu jääkaappi-pakastin liesi PC viihde pyykinpesu yhteensä: valaistus astianpesu jääkaappi-pakastin liesi PC viihde pyykinpesu yhteensä: valaistus astianpesu jääkaappi-viileä pakastin liesi PC viihde pyykinpesu yhteensä: Porrashuone valaistus 429 Koko rakennus Koko rakennuksen vuotuiset sisäiset kuormat ovat 55,6 MWh eli bruttoalaa kohden 26,2 kwh/brm 2. 13

17 3. Tilojen ja ilmanvaihdon lämmitys- ja jäähdytystarve 3. Tilojen ja ilmanvaihdon lämmitys- ja jäähdytystarve Tilojen ja ilmanvaihdon lämmitystarpeen laskenta tehtiin dynaamisella VTT Talo -simulointiohjelmalla. Eri tilojen mitoituslämmitystehot mitoituslämpötilassa -26 C laskettiin passiivirakenteilla ja matalaenergiarakenteilla (Taulukot 6 ja 7). Taulukko 6. Tilojen mitoituslämmitystehot passiivirakenteilla. Mitoituslämmitysteho, W Mitoituslämmitysteho, W/m 2 1. krs: yksiö ,2 1. krs: yksiö ,1 1. krs: yksiö ,4 1. krs: kaksio ,5 1. krs: kolmio ,3 1. krs: varasto 66 5,1 1. krs: porrashuone 0 0,0 1. krs: yhteensä keskiarvo 12, krs: yksiö , krs: yksiö , krs: yksiö , krs: yksiö , krs: kaksio , krs: kaksio , krs: porrashuone krs: yhteensä / krs keskiarvo 11,4 5. krs: yksiö ,8 5. krs: yksiö ,8 5. krs: yksiö ,6 5. krs: yksiö ,7 5. krs: kaksio ,8 5. krs: kaksio ,2 5. krs: porrashuone krs: yhteensä keskiarvo 16,1 Koko rakennus keskiarvo 12,6 14

18 3. Tilojen ja ilmanvaihdon lämmitys- ja jäähdytystarve Taulukko 7. Tilojen mitoituslämmitystehot matalaenergiarakenteilla. Mitoituslämmitysteho, W Mitoituslämmitysteho, W/m 2 1. krs: yksiö ,4 1. krs: yksiö ,4 1. krs: yksiö ,0 1. krs: kaksio ,9 1. krs: kolmio ,6 1. krs: varasto ,2 1. krs: porrashuone krs: yhteensä keskiarvo 16, krs: yksiö , krs: yksiö , krs: yksiö , krs: yksiö , krs: kaksio , krs: kaksio , krs: porrashuone krs: yhteensä / krs keskiarvo 15,7 5. krs: yksiö ,8 5. krs: yksiö ,8 5. krs: yksiö ,3 5. krs: yksiö ,8 5. krs: kaksio ,0 5. krs: kaksio ,4 5. krs: porrashuone krs: yhteensä keskiarvo 22,1 Koko rakennus keskiarvo 17,1 VTT Talolla dynaamisesti simuloitu rakennuksen tilojen ja ilmanvaihdon vuotuinen lämmitysenergiankulutus laskettiin eri rakenne- ja jäähdytysratkaisuille (Taulukko 8). Lämmönjakojärjestelmän häviöiksi arvioitiin 15 % 1. kerroksen lämmitysenergiantarpeesta. Taulukko 8. Eri rakenne- ja jäähdytysratkaisuiden vuotuinen tilalämmityksen ja -jäähdytyksen energiankulutus. Lämmitys, MWh/a Lämmitys, kwh/brm 2,a Jäähdytys, MWh/a Jäähdytys, kwh/brm 2,a Passiivirakenteet, varasto 17 C 20,7 9,7 0,35 0,2 Passiivirakenteet, varasto 10 C 23,8 11,2 4,1 1,9 Matalaenergiarakenteet, varasto 17 C 42,3 19,9 0,49 0,2 Matalaenergiarakenteet, varasto 10 C 46,2 21,8 4,1 1,9 15

19 4. Lämpimän käyttöveden lämmitystarve 4. Lämpimän käyttöveden lämmitystarve Käyttöveden lämmitysenergiantarvetta arvioitiin mitatun kohteen perusteella 1. Mitattu kohde on pienkerrostalo, jossa on 18 asuntoa ja yhteensä 41 asukasta. Asunnot ovat omistusasuntoja. Lämpimälle käyttövedelle on laskettu maalämpöratkaisun LKV-varaajasta johtuen 1 tunnin keskimääräinen tehontarve. Tunnittainen maksimitehontarve on 32 kw (Kuva 5). Kuukausittainen lämpimän käyttöveden energiankulutus on kwh ja vuotuinen 60,4 MWh. LKV lämmityksen keskiteho 60 min välein Lämmitysteho, kw Kuva 5. Lämpimän käyttöveden lämmitystehontarve, laskennassa käytetty esimerkkikuukausi. 1 Koivuniemi J. Lämpimän käyttöveden mitoitusvirtaama ja lämpötilakriteerit veden mikrobiologisen laadun kannalta kaukolämmitetyissä asuinrakennuksissa. Diplomityö. TKK Konetekniikan osasto (Mitattu kohde K14) 16

20 5. Maalämpöpumpun mitoitus 5. Maalämpöpumpun mitoitus 5.1 Lämmitys- ja jäähdytysteho Maalämpöpumppu mitoitettiin energiankulutuslaskelmien avulla siten, että pumpun maksimituotto on 90 %, 70 %, 50 %, 40 % tai 30 % rakennuksen tilalämmityksen ja käyttöveden lämmityksen yhteenlasketusta maksimilämmitystehosta (Taulukko 9). Maalämpöpumpun maksimijäähdytystehoksi on oletettu 2/3 maksimilämmitystehosta (Taulukko 10, tietolähde: Lämpöässä). Taulukko 9. Eri ratkaisuiden lämmitystehot eri maalämpöpumppumitoituksilla. Passiivirakenteet, varasto 17 C Passiivirakenteet, varasto 10 C Matalaenergiarakenteet, varasto 17 C Matalaenergiarakenteet, varasto 10 C Tilalämmitys ja LKV, max teho, kw Tilalämmitys ja LKV, keskimäär. teho, kw MLP max lämmitysteho, kw (mit. 90 %) MLP max lämmitysteho, kw (mit. 70 %) MLP max lämmitysteho, kw (mit. 50 %) MLP max lämmitysteho, kw (mit. 40 %) MLP max lämmitysteho, kw (mit. 30 %) Taulukko 10. Eri ratkaisuiden jäähdytystehot. Passiivirakenteet, varasto 17 C Passiivirakenteet, varasto 10 C Matalaenergiarakenteet, varasto 17 C Matalaenergiarakenteet, varasto 10 C MLP max jäähdytysteho, kw (mitoitus 90 %) MLP max jäähdytysteho, kw (mitoitus 70 %) MLP max jäähdytysteho, kw (mitoitus 50 %) MLP max jäähdytysteho, kw (mitoitus 40 %) MLP max jäähdytysteho, kw (mitoitus 30 %) 24,7 19,2 13,7 10,9 8,2 24,9 19,3 13,8 11,1 8,3 28,5 22,2 15,5 12,7 9,5 28,8 22,4 16,0 12,8 9,6 17

21 5. Maalämpöpumpun mitoitus Geokentän mitoitusta varten laskettiin tarvittavat kuukausittaiset maalämpöpumpulta saatavat lämmitysja jäähdytysenergiantarpeet passiivi- ja matalaenergiavaihtoehdoilla. Taulukoissa esitettyjä energiankulutus- ja tehoarvoja käytettiin geoenergiakonseptien mitoituksessa. 5.2 Lämmitysenergian kuukausituotto Taulukko 11. Geoenergialla tuotettava osuus passiivirakennuksen lämmitysenergiantarpeesta, varastolämpötila 17 C. Kuukausi MLP lämmitysenergia, kwh (mit. 90 %) MLP lämmitysenergia, kwh (mit. 70 %) MLP lämmitysenergia, kwh (mit. 50 %) MLP lämmitysenergia, kwh (mit. 40 %) MLP lämmitysenergia, kwh (mit. 30 %) tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu Yhteensä / vuosi Taulukko 12. Maalämpöpumpun maksimilämmitystehon kuukausikäyttö passiivirakennuksessa, varastolämpötila 17 C. Kuukausi Maksimitehon käyttötunnit/kk (mit. 90 %) Maksimitehon käyttötunnit/kk (mit. 70 %) Maksimitehon käyttötunnit/kk (mit. 50 %) Maksimitehon käyttötunnit/kk (mit. 40 %) Maksimitehon käyttötunnit/kk (mit. 30 %) tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu Yhteensä / vuosi

22 5. Maalämpöpumpun mitoitus Taulukko 13. Geoenergialla tuotettava osuus passiivirakennuksen lämmitysenergiantarpeesta, varastolämpötila 10 C. Kuukausi MLP lämmitysenergia, kwh (mit. 90 %) MLP lämmitysenergia, kwh (mit. 70 %) MLP lämmitysenergia, kwh (mit. 50 %) MLP lämmitysenergia, kwh (mit. 40 %) MLP lämmitysenergia, kwh (mit. 30 %) tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu Yhteensä / vuosi Taulukko 14. Maalämpöpumpun maksimilämmitystehon kuukausikäyttö passiivirakennuksessa, varastolämpötila 10 C. Kuukausi Maksimitehon käyttötunnit h/kk (mit. 90 %) Maksimitehon käyttötunnit h/kk (mit. 70 %) Maksimitehon käyttötunnit h/kk (mit. 50 %) Maksimitehon käyttötunnit h/kk (mit. 40 %) Maksimitehon käyttötunnit h/kk (mit. 30 %) tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu Yhteensä / vuosi

23 5. Maalämpöpumpun mitoitus Taulukko 15. Geoenergialla tuotettava osuus matalaenergiarakennuksen lämmitysenergiantarpeesta, varastolämpötila 17 C. Kuukausi MLP lämmitysenergia, kwh (mit. 90 %) MLP lämmitysenergia, kwh (mit. 70 %) MLP lämmitysenergia, kwh (mit. 50 %) MLP lämmitysenergia, kwh (mit. 40 %) MLP lämmitysenergia, kwh (mit. 30 %) tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu Yhteensä / vuosi Taulukko 16. Maalämpöpumpun maksimilämmitystehon kuukausikäyttö matalaenergiarakennuksessa, varastolämpötila 17 C. Kuukausi Maksimitehon käyttötunnit h/kk (mit. 90 %) Maksimitehon käyttötunnit h/kk (mit. 70 %) Maksimitehon käyttötunnit h/kk (mit. 50 %) Maksimitehon käyttötunnit h/kk (mit. 40 %) Maksimitehon käyttötunnit h/kk (mit. 30 %) tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu Yhteensä / vuosi

24 5. Maalämpöpumpun mitoitus Taulukko 17. Geoenergialla tuotettava osuus matalaenergiarakennuksen lämmitysenergiantarpeesta, varastolämpötila 10 C. Kuukausi MLP lämmitysenergia, kwh (mit. 90 %) MLP lämmitysenergia, kwh (mit. 70 %) MLP lämmitysenergia, kwh (mit. 50 %) MLP lämmitysenergia, kwh (mit. 40 %) MLP lämmitysenergia, kwh (mit. 30 %) tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu Yhteensä / vuosi Taulukko 18. Maalämpöpumpun maksimilämmitystehon kuukausikäyttö matalaenergiarakennuksessa, varastolämpötila 10 C. Kuukausi Maksimitehon käyttötunnit h/kk (mit. 90 %) Maksimitehon käyttötunnit h/kk (mit. 70 %) Maksimitehon käyttötunnit h/kk (mit. 50 %) Maksimitehon käyttötunnit h/kk (mit. 40 %) Maksimitehon käyttötunnit h/kk (mit. 30 %) tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu Yhteensä / vuosi

25 5. Maalämpöpumpun mitoitus Taulukko 19. Tarvittava lisälämmitysenergia eri vaihtoehdoilla. MLPmitoitus 90 % 70 % 50 % 40 % 30 % Tarvittava lisälämmitys-energia, kwh/a Lisälämmitysenergian osuus vuotuisesta lämmitysenergian tarpeesta Passiivirakenteet, varasto 17 C 12 0,02 % Passiivirakenteet, varasto 10 C 12 0,02 % Matalaenergiarakenteet, varasto 17 C 14 0,02 % Matalaenergiarakenteet, varasto 10 C 14 0,02 % Passiivirakenteet, varasto 17 C 183 0,3 % Passiivirakenteet, varasto 10 C % Matalaenergiarakenteet, varasto 17 C 237 0,3 % Matalaenergiarakenteet, varasto 10 C 244 0,3 % Passiivirakenteet, varasto 17 C ,9 % Passiivirakenteet, varasto 10 C ,9 % Matalaenergiarakenteet, varasto 17 C ,4 % Matalaenergiarakenteet, varasto 10 C ,4 % Passiivirakenteet, varasto 17 C ,0 % Passiivirakenteet, varasto 10 C ,0 % Matalaenergiarakenteet, varasto 17 C ,7 % Matalaenergiarakenteet, varasto 10 C ,7 % Passiivirakenteet, varasto 17 C ,4 % Passiivirakenteet, varasto 10 C ,5 % Matalaenergiarakenteet, varasto 17 C ,8 % Matalaenergiarakenteet, varasto 10 C ,9 % 5.3 Jäähdytysenergian kuukausituotto Taulukko 20. Geoenergialla tuotettava osuus passiivirakennuksen jäähdytysenergiantarpeesta (kwh), varastolämpötila 17 C. Kuukausi 90 % 70 % 50 % 40 % 30 % tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu Yhteensä Lisäjäähd

26 5. Maalämpöpumpun mitoitus Taulukko 21. Maalämpöpumpun maksimijäähdytystehontarpeet (W) passiivirakennuksessa, varastolämpötila 17 C. Kuukausi 90 % 70 % 50 % 40 % 30 % tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu Taulukko 22. Geoenergialla tuotettava osuus passiivirakennuksen jäähdytysenergiantarpeesta (kwh), varastolämpötila 10 C. Kuukausi 90 % 70 % 50 % 40 % 30 % tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu Yhteensä Lisäjäähd

27 5. Maalämpöpumpun mitoitus Taulukko 23. Maalämpöpumpun maksimijäähdytystehontarpeet (W) passiivirakennuksessa, varastolämpötila 10 C. Kuukausi 90 % 70 % 50 % 40 % 30 % tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu Taulukko 24. Geoenergialla tuotettava osuus matalaenergiarakennuksen jäähdytysenergiantarpeesta (kwh), varastolämpötila 17 C. Kuukausi 90 % 70 % 50 % 40 % 30 % tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu Yhteensä Lisäjäähd