YRITYSESITTELY Nimi: Konsulttitoimisto Enersys Oy Sitoutumaton suunnittelu- ja konsultointi tsto Osoite: Kerkkolankatu 28 Puh. (09)42474608, Fax. (019)485488 05800 Hyvinkää Sähköposti: etunimi.sukunimi@enersys.fi www.enersys.fi Perustamisvuosi: 1985 Toimiala: LVIJSA-tekninen konsultointi, tutkimus, suunnittelu, valvonta, katselmus ja koulutus Henkilöstö: 5 vakinaista ja 2 osa-aikaista toimihenkilöä Yhteistyökumppanit: 1 yliopisto, 1 tutkimuslaitosta ja 2 suunnittelutoimistoa
PUTKI- JA ENERGIAREMONTTI KERROSTALOISSA SEMINAARI 15.2.2012 LÄMPÖPUMPUT KERROSTALOISSA Lämpöpumpulla energiaa poistoilmasta ja, tai lämpökaivoista.
ESIMERKKI 100kW:n LÄMPÖPUMPPUYKSIKÖSTÄ. ASENNETTU PRESIDENTIN KESÄKIINTEISTÖÖN KULTARANTAAN
LÄMPÖVIRRAT LÄMPÖPUMPUISSA Korkealämpötilainen lämpövarasto voi olla esimerkiksi rakennuksen lämminvesivaraaja, matalalämpötilainen vesistö, maa, ilma tai prosessi ja tarvittava mekaaninen energia saadaan kompressorista. Koska energiaa ei synny tyhjästä, eikä sitä voida luoda eikä hävittää, kuten energian katoamattomuuden laki sanoo, täytyy korkea lämpötilaisempaan lämpövarastoon saatu energia olla kokonaan peräisin joko matalalämpötilaisesta lämpövarastosta tai mekaanisesta työstä. Todellisissa lämpöpumpuissa (käytetty lyhennettä LP) hyödyksi saatava lämpöenergia "valmistetaan" aina sekä lämmönlähteestä otetusta niin sanotusta matalalämpöisestä ilmaisenergiasta ja kompressorin mekaanisesta energiasta, jolloin pätee seuraava yhtälö: LPn tuottama lämpöenergia = lämmönlähteestä otettu ilmaisenergia + mekaaninen työ Metropolia 15.2.2012
LÄMPÖPUMPUN TOIMINTAPERIAATE Lämpöpumppu on laite, joka ottaa lämpöä matalalämpötilaisemmasta lämpövarastosta ja siirtää sitä apuenergiaa (yl. mekaanista työtä) käyttäen korkealämpötilaisempaan lämpövarastoon Korkealämpötilainen lämpövarasto Korkealämpötilainen lämpövarasto Mekaanista työtä Matalalämpötilainen lämpövarasto
Myös jääkaappi on lämpöpumppu, mutta ei väärinpäin. höyrystin lauhdutin paisuntaventtiili kompressori Metropolia 15.2.2012
MAALÄMPÖPUMPUN ENERGIATASE + = 3 yksikköä hyötylämpöä 1 yks. sähköä + 2 yks. ilm.lämpöä = 3 yks. hyötylämpöä 1 yks. sähköä verkosta KOMPRESSORI +80 o C kaasu +55 o C neste LAUHDUTIN korkea paine ja lämpötila matala paine ja lämpötila HÖYRYSTIN PAISUNTAVENTTIILI Lämpökerroin = saatu lämpö käytetty sähkö 0 o C kaasu -10 o C neste 2 yksikköä lämpöä maasta, vedestä, poistoilmasta Metropolia 15.2.2012
LÄMPÖPUMPPUJÄRJESTELMIEN KÄYTTÖTALOUS Lämpöpumppujen käyttötalouteen vaikuttavat samat arvot kuin suoritusarvoihin, toimivuuteen ja kestävyyteenkin, joista tärkeimpiä ovat; käyttökohteeseen ja sen vaatimuksiin oikein valittu ja mitoitettu järjestelmä käyttökohteen lämpötilatasoon nähden oikein valittu kylmäaine Lämmönvaihtimien ja muun tekniikan mitoitus Lämmönjakelulaitteiden mitoitus, säätö ja toiminta Ohjaus- ja valvontajärjestelmän toiminta. Metropolia 15.2.2012
Lämpöpumppu kylmäainepuolelta. Prosessi teoriassa, Log p, h-tilapiirros.
Lämpöpumppu kylmäainepuolelta, mukana tulistus ja alijäähdytys. Log p, h-tilapiirros
Lämpökertoimia voidaan laskea seuraavilla kaavoilla. COP 1 = lämpöteho (lämpöenergia) 1) sähköteho (sähköenergia) 2) 1) voi olla pelkästään lauhdutinteho (perusmallit), tai lauhdutinteho + kuumakaasuteho + alijäähdytysteho 2) voi olla kompressorin sähköteho jos tutkitaan kompressoria tai voi olla laitoksen sähköteho jos tutkitaan lämpölaitosta Tämän laskentakaavan käyttö edellyttää tehojen ja tai energioiden mittausta. COP 2 = nc TL + 273 TL - TH nc = ideaalisuuskerroin (0,45 0,60) TL = lauhtumislämpötila TH = höyrystymislämpötila Tämän laskentakaavan käyttö edellyttää käyntipaineiden (höyrystin- ja lauhdutinpaine) mittausta ja edelleen paineen mukaan laskettua, tai taulukosta katsottua kutakin painetta vastaavaa lämpötilaa, jotka sitten sijoitetaan laskentakaavaan.
LÄMPÖKERTOIMET RIIPPUVAT TOIMINTAKONSEPTISTA Lämpökertoimen suuruus riippuu pääasiassa seuraavista tekijöistä, o kylmäaineesta o höyrystymis- ja lauhtumispaineiden erosta o alijäähdytyksen määrästä o kompressorin ideaalisuuskertoimesta Nykyaikaisten laitosjärjestelmien lämpökertoimien voidaan arvioida olevan käyttötarkoituksen, järjestelmän ja käyttötavan perusteella seuraavia, 2,3 3,0 perusjärjestelmä 2,5 3,4 alijäähdytys- ja tulistusjärjestelmät 3,1 4,2 matalalämpöiset alijäähdytys ja tulistusjärjestelmät 3,6 5,1 esimerkiksi katu- ja jalkapallokenttien lämmitysjärjestelmät, sekä useimmat prosessiteollisuuden LP-järjestelmät. Edellisiä lukuja vastaavat kylmäkertoimet ovat kun lämpökertoimesta vähennetään luku 1 (1,3 4,1).
1. INTEGROIDIT LÄMPÖPUMPPUJÄRJESTELMÄT 2.1 Järjestelmäperiaatteet. Kaikki lämpöpumppuihin perustuvat järjestelmät sisältävät seuraavat päätekijät. lämmönkeräysjärjestelmä lämpöpumput lämmön varastointi ja siirtojärjestelmät lisä- ja varalämmöntuottojärjestelmät käytön ohjaus- ja hallintajärjestelmä Lisäksi tarvitaan kylmäntuotantoa varten, kylmän tuotannon järjestelmän lisäys lämmöntuotantojärjestelmään kylmän varastointi ja siirtojärjestelmä käytön ohjaus- ja hallintajärjestelmän lisäykset Lämpöpumppujärjestelmä mahdollistaa myös joitakin järjestelmään helposti liitettäviä lisätoimintoja kohdetarpeiden mukaan, muiden kylmän tuotantojärjestelmien varavoimana, esim. jäähallit kiinteistöjen ulkopuoliset matalalämpöjärjestelmät, kuten urheilukentät ja ulkoalueiden sulana pitojärjestelmät, jäähdytetyt lumetuksien alustat, kuten latupohjat ja laskettelurinteet, jäähdytetyt ulkoalueet, kuten luistelualueet, muut jäähdytetyt tilat, kuten lumien säilytys kesän yli.
2.11 Lämmönkeräysjärjestelmän lämmönlähteenä voi olla mikä tahansa matalalämpöinen lämmönlähde kuten, o vesistö o maaperä o kallio (porakaivot) o pohjavesi o ulkoilma o poistoilma o jätevedet o teollinen prosessi o kylmäkoneiden lauhdelämpö Lisäenergian lähteitä voivat olla, öljykattilat kaasukattilat sähkökattilat kaukolämpö
2.31 Esimerkkikohde, jossa vertaillaan normivuoden kuluprofiileja vaihtoehtoisilla lämmöntuottojärjestelmillä. VAIHTOEHTOISTEN LÄMPÖENERGIOIDEN SUHTEELLISET NETTOYKSIKKÖHINNAT VUODEN 2008 HINTATASOSSA Hinta /MWh 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Lämpöenergia Lp:t Lämpöenergia Öljy Lämpöener. LP+ÖLJY Lämpöenergia Kaasu Lämpöener.LP+KAASU Lämpöenergia Lp:t Lämpökerroin tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu Kuukaudet 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 Lämpökerroin
LÄMMITYSENERGIAN MÄÄRÄN RIIPPUVUUS TEHOSTA LÄMMITYKSEN PYSYVYYSKÄYRÄ 110 90 Energiamäärä n. 12% 70 TEHO % 50 30 10-10 0 750 1500 2250 3000 3750 4500 5250 6000 6500 7250 8000 8750 VUOSI Kuuma käyttövesi Kuva 2.21 Esimerkki pysyvyyskäyrästä kun muuttujana on tehon tarve Metropolia 15.2.2012
Poistoilman energiasisältöä hyödyntävä järjestelmä kiinteistöjen energiansäästöön, ensisijaisena kohteena olemassa olevat poistoilmakoneilla varustetut kiinteistöt Järjestelmä, jossa rakennusten poistoilmaa hyödyntämällä, taloautomatiikkaa kehittämällä ja laitekannan optimoinnilla saavutetaan olemassa olevissa kiinteistöissä, erityisesti öljylämmitteisissä asuinkerrostaloissa merkittäviä 30% - 60% energiansäästöjä. Kaukolämpörakennuksissa säästöä ei kovin paljon synny, määrä riippuu kaukolämmön ja sähköenergian hintasuhteesta.
KERROSTALON POISTOILMA LTO :n LÄMPÖPUMPPUESIMERKKI VANTAALLA Tietoja kerrostalosta, josta selvitys on tehty Tilavuus 14000m 3, 6 kerrosta, 2 porrasta Kerrosala 3100m 2 Asuntoja 47 + 18 autotallia Rakennusvuosi 1980 Talo kaukolämmössä, kulutus n.820mwh/a Poistoilmanvaihto Laskennassa poistoilman jäähdytys poistojen nopeudella 1 on n.20-astetta.
KERROSTALOESIMERKIN PERIAATE, JOSSA POISTOILMAN ENERGIAA SIIRRETÄÄN LÄMPÖPUMPUJÄRJESTEL- MÄLLÄ KIINTEISTÖN LÄMMITYKSEEN JA KUUMAN KÄYTTÖVEDEN LÄMMITYKSEEN.
POISTOILMAN LTO LÄMPÖPUMPUILLA, KERROSTALO VANTAALLA KOHTEEN MITOITUSLASKENNAN TULOKSIA Vertailuenergia, kauko- ja öljylämpö Lämmitysenergia, 617MWh/a Käyttövesienergia, 200MWh/a (25%) Lämmitysteho, 340kW, (100%) LP:n lämpöenergia, 560MWh/a (68%) LP:n sähköenergia, 169MWh/a (21%) LP:n jäähdytysenergia, 390MWh/a (48%) LP:n lämmitysteho, 91kW (27%), mitoitustehosta Priimausteho (lisälämpö), 250kW (73%) Priimausenergia (lisäenergia), 257kW (32%) LP:n vuosikerroin, 3.16 Laitoskerroin, 1.91
LASKENNAN LÄHTÖARVOINA OLEVAT KIINTEISTÖENERGIAT 130 110 KIINTEISTÖN ENERGIAT NORMIVUOTENA Lämmitys, kiinteistöt Jäähdytystarve Lämmin käyttövesi 90 Energia MWh 70 50 30 10-10 tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu -30 Normivuosi
POISTOILMAN LÄMMÖN TALTEENOTON LÄMPÖPUMPULLA, ESIMERKKI VANTAALLA, KUN VERTAILU TEHDÄÄN KAUKOLÄMPÖÖN ENERGIOIDEN KULUERITTELY NORMIVUONNA, käyttökustannus Lämmitys öljyllä Sähköllä Kaukolämm. Lämmitys Käyttövesi Yhteensä Yhteensä Yhteensä energia energia lämmitys lämmitys lämmitys Kuukausi Säästöt verrattuna kaukolämpöön LP+Sä LP+Öljy LP+Kl tammi 10564 1826 12390 10890 6692 helmi 9700 1763 11463 10042 6181 maalis 9231 1913 11143 9485 5845 huhti 6601 1917 8518 7162 4446 touko 2827 1821 4648 4208 2667 kesä 461 1801 2262 2450 1608 heinä 212 1826 2038 2213 1466 elo 636 1910 2547 2463 1616 syys 3239 1927 5166 4342 2748 loka 5741 1849 7590 6415 3997 marras 7652 1848 9500 8137 5034 joulu 9567 1953 11520 9982 6145 Yhteensä 66432 22354 88785 77790 48445-1303 -2061 943-1020 -1695 973 74-344 1435 1046 1258 1486 974 1581 987 487 1095 500 427 1034 440 515 1123 528 1114 1721 1127 1756 2363 1768 1028 1101 1708-505 -1060 1205 4593 6116 13099-9,5 % -12,6 % -27,0 %
POISTOILMAN LÄMMÖN TALTEENOTTO LÄMPÖPUMPULLA ESIMERKKI VANTAALLA, KUN VERTAILU TEHDÄÄN ÖLJYLÄMPÖÖN Kuukausi Säästöt verrattuna öljylämpöön LP+Sä LP+Öljy LP+Kl tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu 4299 3616 6620 4178 3569 6238 5306 4933 6713 5084 5310 5538 2944 3551 2957 1137 1745 1150 997 1604 1010 1443 2050 1455 3522 4129 3534 5331 5938 5343 5451 5547 6154 4792 4294 6560 44484 46288 53271-50,1 % -52,1 % -60,0 % Metropoli15.2.2012
LÄMPÖPUMPPUJEN KÄYTÖN ESIMERKKIEN KOONTI VANTAAN KERROSTALON 14000m 3 LÄHTÖARVOILLA MÄÄRITETTYNÄ Lämmitys Säästö Investointi T-maksu Sijainti tapa a Lämmönlähde Vantaa kaukolämpö 13099 126268 9,6 Poistoilman LTO Vantaa öljy 46288 138895 3,0 Poistoilman LTO Vantaa kaukolämpö 17333 336222 19,4 Lämpökaivot Vantaa öljy 55753 353918 6,3 Lämpökaivot Helsinki kaukolämpö 10765 126268 11,7 Poistoilman LTO Espoo kaukolämpö 11908 126268 10,6 Poistoilman LTO Helsinki LP+sähkö 14800 68000 4,6 Lämpökaivot + jäähd.
KERROSTALOJEN POISTOILMAN LTO LÄMPÖPUMPUILLA CO2 PÄÄSTÖJÄ MOTIVAN OHJEEN MUKAAN MÄÄRITETTYNÄ VAIHTOEHTOISET CO2 PÄÄSTÖT 25000 CO2 PÄÄSTÖT kg/a 20000 15000 10000 5000 0 LÄMMITYSVAIHTOEHDOT Enersys/HH/13.4.2011
UUDISRAKENNUSKOHDE HELSINGISSÄ, RAKENTEILLA. ASUINPALVELUTALO RAKENNUSTILAVUUS 15000m 3 KERROSALA 4000m 2 VESIKIERTOINEN LATTIALÄMMITYS TULO- / POISTOILMANVAIHTO KIINTEISTÖJÄÄHDYTYS KOKO TILAVUUTEEN LISÄ- JA VARALÄMPÖ SÄHKÖLLÄ LÄMMITYSTEHON TARVE 170kW LÄMPÖPUMPPU 104kW LÄMPÖPUMPUN JÄÄHDYTYSTEHO 125kW (kj)
POISTOILMAN LÄMMÖN TALTEENOTON LÄMPÖPUMPULLA ESIMERKKI KERROSTALO 14000m 3 TURUSSA ENERGIASUHTEET LÄMMITYKSESSÄ NORMIVUOTENA, LPopt.1+sähkö+jäähdytys 5,8 % LP jäähdytyenergia (lämpökaivot) LP jäähdytyenergia (jäähdytys) LP sähköenergia 29,8 % LP sähköenergia Lisäenergia (sähkö) 54,5 % 9,9 %
UDISKERROSTALON LÄMMITYS JA JÄÄHDYTYS LÄMPÖPUMPULLA ESIMERKKI PALVELUKERROSTALO 15000m 3 HELSINGISSÄ SÄÄSTÖT JA KANNATTAVUUS NORMIVUOTENA YKSIKKÖHINTOJEN MUUTTUESSA, LPopt.1+SÄHKÖ 9,0 8,0 Säästö /a 40 30 20 10 0-10 -20 Hintamuutos % KL muutos Sä muutos KL+Sä muutos KL+Sä+Jäähd. Tak.maksuaika Läm, KL muuttuu Tak.maksuaika Läm, Sä muuttuu Tak.maksuaika Läm, KL+Sä muuttuu Tak.maksuaika Läm+Jää, Sä muuttuu Tak.maksuaika Läm+Jää, Kl+Sä muuttuu 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 Koroton takaisinmaksuaika/a
Periaatekaavio kaukolämpölämmityskohteisiin, jonka periaatteen mukaisesti selvitykset on laadittu.
Periaatekaavio öljylämmityskohteisiin, jonka periaatteen mukaisesti selvitykset on laadittu. Enersys/HH/28.2.2011
Tiivistelmä aiheesta. Lämpöpumput integroiduissa lämmön ja kylmän tuotantomuotona on varteen otettava vaihtoehto myös kerrostalojen ilmasto-talkoissa. Kukin kohde vaatii ammattitaitoisen selvityksen laitteiden sopivuudesta ja kannattavuudesta kohteeseen. Selvitykseen on sisällytettävä myös olemassa oleva tekniikka. Selvitys on myös edellytys mahdolliselle investointituelle. Lämpöpumppuja valmistavan teollisuuden on otettava huomioon suoritusarvojen vaikutukset vuositaseeseen. Optimoidun laitoksen lämmitysenergiasta voi jopa puolet (50%) olla kerran jo maksettua ja auringosta saatua ilmaista lämpöenergiaa. Jäähdytysenergiaa saadaan ilman lämpökaivoja vain konejäähdytystoiminnolla. Vapaajäähdytys tarvitsee lämpökaivoja, jolloin sekin on lähes päästötöntä. Tästä on hyötyä myös lämmityksessä. Lämpöpumppua käytettäessä ilmanvaihdon LTO laitteena, saadaan kerran maksettua energiaa takaisin, säästöt ovat luokkaa 10-30% kaukolämpötaloissa ja öljylämmitystaloissa jopa 60%. Metropoli15.2.2012
KIITOKSET MIELENKIINNOSTA KYSYMYKSIÄ?