TEKNOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VTT OY Jäähdytyksen teknologiset ratkaisut Ari Laitinen, Miimu Airaksinen, Miika Rämä VTT
Projektin tavoitteet ja sisältö Hankkeen tavoitteena oli selvittää eri jäähdytysteknologioiden nykytilanne ja mahdollisuudet uuden liiketoiminnan kehittämiseksi. Lähtökohtana olivat kaukojäähdytyksen tuotantoon soveltuvat teknologiat, mutta lopputuloksena varsin laaja katsaus jäähdytysteknologioihin. Tutkimus koostuu kolmesta kokonaisuudesta 1) olemassa olevien jäähdytysteknologioiden kartoitus, 2) olemassa olevien jäähdytysteknologioiden analyysi ja 3) teknologioiden kehityssuunnat. 22.12.2016 2
Jäähdytystarpeen kehitys Käyttäjien vaatimukset sisäilman laatutasolle ja lämpötiloille ovat kasvaneet. Tämä on lisännyt jäähdytyksen tarvetta sekä uusissa että peruskorjattavissa rakennuksissa. Energiakulutuksen ja päästöjen vähennystavoitteet velvoittavat tuottamaan jäähdytys mahdollisimman tehokkaasti ja uusiutuvia energialähteitä hyödyntäen. 22.12.2016 3
Rakennusten jäähdytysenergiantarve Koko Suomen rakennuskannan jäähdytysenergiatarpeen arviointiin liittyy runsaasti epävarmuutta. Simulointien perusteella nykyinen energiantarve sijoittuu 850 2 100 gigawattitunnin välille Jäähdytysenergian kulutus painottuu muutamiin rakennustyyppeihin, erityisesti toimistoihin, liikerakennuksiin ja julkisiin rakennuksiin. Trendiennusteen mukaan jäähdytystarpeen kasvu vuoteen 2030 mennessä on noin 2 prosenttia vuodessa, joka on hieman enemmän kuin rakennuskannan kasvu. Lähde: Airaksinen, M., et al., Rakennusten jäähdytysmarkkinat. VTT:n asiakasraportti, VTT-CR-06168-15,18.12.2015 22.12.2016 4
Tutkitut jäähdytystekniikat Kompressoritekniikat Kiinteän olomuodon tekniikat Elektro-mekaaniset tekniikat Lämpökäyttöiset tekniikat Vapaajäähdytys Kierukkakompressori Magneettinen jäähdytys Termoelastinen jäähdytys Absorptio Ulkoilma Mäntäkompressori Lämpösähköinen jäähdytys Termoakustinen jäähdytys Adsorptio Porakaivo ja energiapaalut Ruuvikompressori Lämpötunnelointi Brayton lämpöpumppu Dessicant Pohjavesi Turbokompressori Membraanilämpöpumppu Stirling lämpöpumppu Pintavedet Kostutusjäähdytys Vuillemieur lämpöpumppu Lumi- ja jäävarastot Ejektori lämpöpumppu 22.12.2016 5
Tutkitut jäähdytysteknologiat Kompressoritekniikat Soveltuu joustavasti erilaisiin jäähdytystarpeisiin, voidaan integroida osaksi lämmitysjärjestelmää, uusia kylmäaineita tulossa Kiinteän olomuodon tekniikat Toistaiseksi sovelluksia vain jääkaapeissa ja muussa pienessä kokoluokassa Elektromekaaniset tekniikat Kehitysvaiheessa, ei kaupallisia sovelluksia Lämpökäyttöiset tekniikat Erityisesti yhteistuotannon tai ylijäämälämpöä tuottavien teollisuusprosessien yhteyteen, uutena sovelluskohteena aurinkojäähdytys Vapaajäähdytys Soveltuu rakennusten ja erilaisten prosessien jäähdytykseen, tarvitsee usein rinnakkaisjäähdytysjärjestelmän osalle aikaa vuodesta 22.12.2016 6
Tutkittujen jäähdytysteknologioiden analyysi T uotantoteknologia S ovellus alue T ehoalue L ämpötilatas ot E nergiatehokkuus Inves tointikus tannus K äyttökus tannus Huomioita Tilakohtainen K iinteis tökohtainen K aukojäähdytys S oveltuu joustavasti erilaisiin jäähdytystarpeisiin K ompres s oritekniikka K ierukka L ämpökäyttöis et tekniikat K iinteän olomuodon tekniikat Mäntä R uuvi Turbo Abs orptio Ads orptio K uivaus jäähdytys Magneettinen jäähdytys Lämpös ähköinen jäähdytys S ähkömekaanis et tekniikat Lämpöelas tinen jäähdytys N/A N/A N/A N/A N/A Vapaajäähdytys Ulkoilma Ves is tö Maaperä P ohjaves i Lumi- ja jäävarasto S oveltuu joustavasti erilaisiin jäähdytystarpeisiin S oveltuu joustavasti erilaisiin jäähdytystarpeisiin S oveltuu joustavasti erilaisiin jäähdytystarpeisiin S oveltuu erityisesti C HP -laitosten ja erilaisten teollisten prosessien ylijäämälämmön hyödyntämis een S oveltuu erityisesti C HP -laitosten ja erilaisten teollisten prosessien ylijäämälämmön hyödyntämis een S oveltuu ilmastoinnin jäähdytykseen S ovellus toistaiseksi jääkaapeissa S oveltuu toistaiseksi erityiskohteisiin, joissa pieni tehontarve K ehitys vaihees s a, ei tois tais eks i kaupallis ia s ovelluks ia S oveltuu rakennus ten ja erilais ten pros es s ien jäähdytyks een. Tarvits ee us ein rinnakkais en jäähdytys järjes telmän kattamaan kes äaikais en jäähdytyks en S oveltuu rakennusten ja erilaisten prosessien jäähdytykseen. Tarvits ee us ein rinnakkais en jäähdytys järjes telmän kattamaan kes äaikais en jäähdytyks en. E i aina s aatavilla S oveltuu rakennusten ja erilaisten prosessien jäähdytykseen. Tarvits ee us ein rinnakkais en jäähdytys järjes telmän varmis tamaan ja kattaman os an jäähdytyks es tä. E i aina s aatavilla S oveltuu rakennusten ja erilaisten prosessien jäähdytykseen. Tarvits ee us ein rinnakkais en jäähdytys järjes telmän varmis tamaan ja kattaman os an jäähdytyks es tä. E i aina s aatavilla S oveltuu rakennusten ja erilaisten prosessien jäähdytykseen. Tarvits ee us ein rinnakkais en jäähdytys järjes telmän varmis tamaan jäähdytyks en riittävyyden. Vaatii s uurehkon alueen lumen varas tointiin, joten ei aina käytettävis s ä Huonos ti Huonohkos ti Neutraali K ohtuullis es ti Hyvin N/A E i tietoa 22.12.2016 7
Lähitulevaisuuden kehityksestä yleisesti Jäähdytystarve kasvaa Pientaloissa yleisin jäähdytysratkaisu ilma-ilmalämpöpumppu Kaukojäähdytysratkaisut, joissa integroidaan vapaajäähdytys, uusiutuvat energialähteet, kylmäntuotto ja lämmitys yleistyvät Synnyttää luonnollisen tarpeen uusille liiketoimintamalleille Kaupunkialueilla kaukojäähdytys yleistyy 22.12.2016 8
Lähitulevaisuuden jäähdytys rakennuksissa Pientalot Ilma-ilmalämpöpumput, lämpöpumppuihin integroidut ratkaisut Aluejärjestelmät? Kerrostalot Ilma-ilmalämpöpumput Kaukojäähdytysratkaisut! Kuivausjäähdytys? Toimitilat ja julkiset rakennukset Kiinteistökohtaiset kompressorijärjestelmät ja kuivausjäähdytys osana jäähdytysratkaisua Kaukojäähdytys 22.12.2016 9
Lähitulevaisuuden teknologisesta kehityksestä Kompressoritekniikka edelleen pääroolissa Yleinen kustannustehokkuus Turbokoneiden kehitys ja säätöjärjestelmien kehitys erityisesti osakuormalla Uudet prosessit ja kylmäaineet (luonnolliset kylmäaineet, HFO ja seokset) Sorptiotekniikoiden osalta ei odotettavissa läpimurtoa Kannattavuusongelmia (korkeahko investointi, alhainen COP, lämmön hyödyntäminen) Kehitys painottuu matalalämpötilaisiin järjestelmiin (aurinkojärjestelmät) Kuivausjäähdytys ilman jäähdytykseen; tekniikka kehittyy, mutta investointi kasvaa Uudet kylmäntuottoteknologiat kehittyvät, mutta eivät tee läpimurtoa tarkasteluaikajänteellä Mahdollisena poikkeuksena magneettijäähdytteiset jääkaapit Vapaajäähdytys, varaajat ja muut varastointiratkaisut, lauhdelämmön hyödyntäminen ja uusiutuvan energian ratkaisut yleistyvät ja ohjausjärjestelmät kehittyvät Lämmönsiirtonesteissä ei ole odotettavissa uusien aineiden läpimurtoa Kylmänjaossa ja luovutuksessa kehitys kohti korkealämpötilajärjestelmiä Mitoituksessa käytetään yhä enemmän kohdekohtaisesti räätälöityjä optimointilaskelmia 22.12.2016 10
Loppuraportti 22.12.2016 11
TEKNOLOGIASTA TULOSTA