Hybridilämpöpumppu rakennuksen lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmänä Antti Hänninen, Koja oy 12.12.2013 1
Vapaajäähdytys Jäähdytystarve Energiavirtojen kierrätys Lämmitystarve 25.3.2014 3 Esityksen sisältö Hybridilämpöpumppu Diplomityön sisältö VAAKA -laskentaohjelma Diplomityön tulokset Yhteenveto 25.3.2014 4 2
Hybridilämpöpumppu Lämmitys Jäähdytys Lauhde-energian kierrätys 25.3.2014 5 Miksi hybridilämpöpumppu? Energiatehokkuus Yhdellä kompressorisähköllä kaksi hyötyä TER=9 Yhtäaikaiset toiminnot Lämmönsiirrot minimoitu Yksinkertaisuus Plug&play, ei venttiiliryhmiä, ei ylimääräisiä lämmönsiirtimiä eikä ulkopuolista automatiikkaa 25.3.2014 6 3
Kytkentä (liuoslauhdutteinen) Lauhdutin/ höyrystin (maapiiri, nestejäähdytin tai energiaväylä) Lauhdutin lämmitysverkostoa varten Höyrystin jäähdytysverkostoa varten 25.3.2014 7 Kytkentä (ilmalauhdutteinen) Lauhdutin/ höyrystin Lauhdutin lämmitysverkostoa varten Höyrystin jäähdytysverkostoa varten 25.3.2014 8 4
Hybridilämpöpumppujen tuotevalikoima 25.3.2014 9 PELKKÄ LÄMMITYS (JÄÄHDYTYSTARVE = 0) LAUHDUTIN KYLMÄAINEPIIRI 1 KYLMÄAINEPIIRI 2 HÖYRYSTIN 5
PELKKÄ JÄÄHDYTYS (LÄMMITYSTARVE = 0) LAUHDUTIN KYLMÄAINEPIIRI 1 KYLMÄAINEPIIRI 2 HÖYRYSTIN LAUHDE-ENERGIAN KIERRÄTYS (LÄMMITYSTARVE JÄÄHDYTYSTARVE) LAUHDUTIN KYLMÄAINEPIIRI 1 KYLMÄAINEPIIRI 2 HÖYRYSTIN 6
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
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) 25.3.2014 16 8
Rakennus Energiankulutuksen simulointidata esim. RIUSKA, IDA-ICE Mitoituslämpötilat Lämmitys ja jäähdytysverkosto VAAKA LASKENTAOHJELMA Laitteisto 25.3.2014 17 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 25.3.2014 18 9
Energiankulutus 25.3.2014 19 Primäärienergiatarkastelu Ostoenergian kulutus Kaukolämpö, sähkö, kaukojäähdytys Eri energiamuodot kuormittavat ympäristöä eri tavalla! Energiamuotojen kertoimet Primäärienergian kulutus kwh/m2 25.3.2014 20 10
Energiakustannukset Kaukolämmityksen ja kaukojäähdytyksen perusmaksut Tampereen Sähkölaitoksen hinnastosta 25.3.2014 21 Investointikustannukset Laitteet valmistajien hinnastoista Liittymät energiayhtiöiden hinnastoista Energiakentän investointi 7500 /kaivo Kentän mitoitus tehon ja energian mukaan 25.3.2014 22 11
Elinkaarikustannukset Nykyarvomenetelmä Järjestelmän elinkaari 30 vuotta Diskonttauskorko 3 % Lämpöpumput ja vedenjäähdyttimet uusitaan 20 vuoden kuluttua 25.3.2014 23 Diplomityössä käytetyt mitoituslämpötilat Jäähdytysverkoston lämpötilataso +7/+12 C Maapiirin lämpötilataso -3/0 C 25.3.2014 24 12
Simulointidata 25.3.2014 25 Vertailtavat rakennukset Kauppakeskus Toimistorakennus Hotelli 25.3.2014 26 13
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 25.3.2014 27 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 25.3.2014 28 14
Diplomityön tulokset Kauppakeskus 2/3 25.3.2014 29 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 25.3.2014 30 15
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 25.3.2014 31 Diplomityön tulokset Toimistorakennus 2/3 25.3.2014 32 16
Diplomityön tulokset Toimistorakennus 3/3 Vähän ympärivuotista jäähdytyskuormaa -> hybridilämpöpumppujärjestelmä silti energiatehokas 25.3.2014 33 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 25.3.2014 34 17
Diplomityön tulokset Hotelli 2/3 25.3.2014 35 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 25.3.2014 36 18
Diplomityön tulokset Hotelli case 2 1/3 Ilman energiakenttää! 25.3.2014 37 Diplomityön tulokset Hotelli case 2 2/3 Energiakentän tuoma säästö n. 34 000 /vuosi! 38 19
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 25.3.2014 39 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 25.3.2014 40 20
Yhteenveto Vapaajäähdytysaikainen lämmitystarve todennäköistä -> energiavirtojen kierrättäminen kannattaa! HLP yksinkertainen ja energiatehokas ratkaisu energiavirtojen hallintaan Kuormat rakennuskohtaisia! VAAKA laskentaohjelma työkalu järjestelmien vertailuun 25.3.2014 41 21