Jäähdytysenergian tarve ja kulutusprofiili

Transkriptio

1 Jäähdytysenergian tarve ja kulutusprofiili TkL Mika Vuolle Equa Simulation Finland Oy

2 Energiaa käytetään Taloteknisten palvelujen tuottamiseen Lämpöolosuhteet Sisäilmanlaatu Valaistusolosuhteet Äänilosuhteet Vedenlaatu ja jakelu Sisäinen liikenne Muuhun rakennuksen tapahtuvaan toimintaan ICT jne

3 Energiatehokkuus ja indikaattorit Rakennusten tehokkuuden indikoinninongelma ei ole kustannusten vaan arvon, tuoton ja/tai palvelutasonmäärittäminen vertailukelpoisella ja käytännössä hyödynnettävällä tavalla Arvo, tuotto, palvelu, tms Tehokkuus = Kustannus, panostus, haitta kwh/m 2?

4 Lämpöolojen parantaminen Normaali 1 hengen toimistohuone etelään Ikkunoissa sälekaihtimet Perusvaihtoehto: Korjattu tapaus: ilmanvaihto 2 L/s m 2 ilmanvaihto 2 L/s m 2 ei jäähdytystä jäähdytys 20 W/ m 2 käyttöaika 10 h/d käyttöaika 24 h/d /a, hlö Yhteensä Tuottavuuden menetys Energia Lisä- investointi l/sm 2, 0 W /m 2, 10 h/d 2 l/sm 2, 20 W/m 2, 24 h/d

5 Ilmastomuutos vs. rakennusten energiakäyttö Pientalon kokonaisenergiakulutus tulee pienenemään ilmastonmuutoksenvaikutuksesta noin 5 % vuoteen 2030 mennessä mikäli ilmastonmuutosskenaario A2 toteutuu. Tilojen ja ilmanvaihdon lämmitysenergiakulutus vähenee paikkakunnasta riippuen 7-10 kwh/m² a Jäähdytysenergian kulutus kasvaa vastaavasti 18 % (mikä on absoluuttiluvuissa kuitenkin pieni muutos 0,3 0,5 kwh/m²). Koska jäähdytysenergiankulutuksen osuus talon kokonaisenergiakulutuksesta on vain 2 %, sen muutoksella ei ole merkittävää vaikutusta talon kokonaisenergiakulutukseen. Jäähdytyslaitteiden tehotarve tulee kuitenkin kasvamaan keskimäärin 4 % vuoteen 2030 mennessä. Lämmityksen mitoitusolosuhteita esiintyy edelleen, mutta harvemmin.

6 Jäähdytystehon tarpeet Cooling power [W/m 2 ] Chilled beam: Max 53 W/m2 Ceiling - PI: Max 43 W/m2 Ceiling - Thermostat: Max 52 W/m2 Floor - PI: Max 60 W/m2 Floor - Thermostat: Max 53 W/m Time [%] Ilman ja veden yhteenlaskettu jäähdytysteho, W/m 2

7 Lauhdelämpötilan vaikutus kylmäkertoimeen SAATAVA JÄÄHDYTYSTEHO kw LAUHDUTTIMEN NORMAALI TOIMINTA-ALUE KYLMÄKERROIN 3,9 3,8 3,7 3,6 3,5 3,4 3,3 3,2 3,1 3,0 2,9 2,8 2,7 2,6 ESIMERKKIKONE: CARRIER 30HZ141 KYLMÄAINE R407c VEDENJÄÄHDYTTIMEN LAUHDUTTIMEN PALUUVEDEN LÄMPÖTILA C

8 Tuotetun veden lämpötilan vaikutus kylmäkertoimeen SAATAVA JÄÄHDYTYSTEHO kw KYLMÄKERROIN 3,8 3,7 3, NORMAALI TOIMINTALÄMPÖTILA 7 C NORMAALI TOIMINTA-ALUE 3,5 3,4 3,3 3,2 3, VEDENJÄÄHDYTTIMEN MENOVEDEN LÄMPÖTILA C

9 Periaate rakennuksessa, jossa tavanomaiset Vapaajäähdytyksen tuoton vedenjäähdyttimet energiataloudellisuus 1/3 Näiden pitäisi olla itsestäänselvyyksiä: 1. Sähkönkäyttö, joka tarvitaan rakennukseen tuotettuun vapaajäähdytyksen, tulee olla pienempi kuin, jos käytettäisiin kompressorijäähdytystä. 2. Lisäksi vapaajäähdytyksen sähkönkäyttö tulee olla mahdollisimman alhainen verrattuna tarvittavaan vapaajäähdytystehoon Pahimmillaan kumpikaan em. ehdoista ei toteudu tai toteutuu vain osan aikaa

10 Vapaajäähdytyksen erilainen käyttötilanne samalla ulkolämpötilalla keväällä ja syksyllä Ulkoilman lämpötila ja auringon säteilyteho vaakapinnalle Helsinki-Vantaa Ulkoilman lämpötila / C Säteilyteho vaakapinnallle / W/m 2 Ulkolämpötila Aika / h

11 Käytännön ongelmia Vapaajäähdytyksen tuoton energiataloudellisuus 2/3 Tarvittava vapaajäähdytysteho pieni verrattuna pumppujen ja lauhdejärjestelmän puhaltimien sähkötehoon Koko rakennuksen koneelliselle jäähdytykselle mitoitettua järjestelmää käytetään vapaajäähdytykseen. Ylisuuret nestevirrat ja pumppaustehot. Ylisuuret puhallintehot lähestyttäessä vapaajäähdytyksen ulkolämpötilarajaa. Puhallinkäyttö ajautuu lähelle täyttä tehoa, kun lähestytään vapaajäähdytyksen käytön ulkolämpötilarajaa. Tarvittava jäähdytysteho voi kuitenkin olla edelleen alhainen. Pahimmillaan em. tilanteessa liian korkeaksi asetettu vapaajäähdytyksen ulkolämpötilaraja pitää järjestelmän epäedullisesti vapaajäähdytyskäytöllä, vaikka siirtyminen konejäähdytyskäytölle alentaisi energiakäyttöä Yksi vapaajäähdytysjärjestelmä usean lämpötilatason verkostoille. Vapaajäähdytyksen lämpötilatasoja ja meno- ja paluupuolen lämpötilaeroa vaikea hallita.

12 Mahdollisia ratkaisuja Vapaajäähdytyksen tuoton energiataloudellisuus 3/3 Erilliset pienemmät vapaajäähdytyspiirin pumput, jotka paremmin vastaavat tehontarvetta Pumppujen taajuusmuuttajat Lauhduttimien ja lauhdutuspiirien sulkeminen pois vapaajäähdytyskäytöstä, jotta lauhdepiiri vastaa paremmin tehontarvetta Omia vapaajäähdytyspiirejä eri tuottolämpötiloille. Kaksi tai useampi jäähdytysvesisäiliö, joilla palvellaan eri lämpötilatasojen verkostoja ja jäähdytyskonetta.

13 Toimistojen lämmitys- ja sähköenergian kulutuksen kehitys : Helsingin kaupunki ja Kuntaliitto 135 Energian kulutusindeksi Helsinki: Lämpö Kuntaliitto: Lämpö Helsinki: Sähkö Kuntaliitto: Sähkö Helsinki 1997: Lämpö 137,9 kwh/m 2 ja sähkö 65,5 kwh/m 2 Kuntaliitto 1999: Lämpö 44,2 kwh/m 3 ja sähkö 19,1 kwh/m 3

14 Toimistokohteiden mitatut energiankulutukset vuonna 2006 Helsinki Nordea YIT IT-Dynamo Kuntaliitto Motiva** YIT IT-Dynamo Lämmitys Sähkö kwh/m 2 kwh/m 2 kwh/m 2 kwh/m kwh/m Jäähdytyssähkö 14* 12 kwh/m 3 3* kwh/m 3 *) Laskettu kaukokylmän kulutuksesta COP:n arvolla 2. **) Arvot mediaaneja. Vaihtelu kwh/m 3 (lämpö) ja kwh/m 3 (sähkö) Ostoenergia kwh/m

15 Toimistokohteiden simuloidut vuotuiset energiankulutukset Lämmitys Jäähdytyssähkö Sähkö Ostoenergia kwh/m 2 kwh/m 2 kwh/m 2 kwh/m 2 Toimistotalo (1985) 83 Ei jäähdytystä Toimistotalo (1998) 44 12* RET-toimisto (2008) 56 5* YIT (2005) 61 9* Tyypillinen vaihteluväli (uudet) *) COP:n arvolla 2.

16 Yhteenveto toimistojen energiankäytöstä Toimistojen ostoenergiat kwh/m 2, Uudiskohteet kwh/m 2 Arvio ostoenergian jakaantumista Tilojen lämmitys % Tuloilman lämmitys % Lämmin käyttövesi 5 % Valaistus % Toimistolaitteet % Puhaltimet % Jäähdytyssähkö 3 6 %