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
KIMU-PROJEKTI SEMINAARI 13.4.2011 LÄMPÖPUMPUT KERROSTALOISSA Lämpöpumppu lämpökaivoista + sähkölämmitys + jäähdytys, uudiskohde Helsingissä Enersys/HH/13.4.2011
28.4.2010 HH ESIMERKKI 100kW:n LÄMPÖPUMPPUYKSIKÖSTÄ. ASENNETTU PRESIDENTIN KESÄKIINTEISTÖÖN KULTARANTAAN
LÄMPÖPUMPPUJÄRJESTELMÄN LUOVUTUS VIERUMÄELLÄ Ruuvikompressoriyksiköt 300kW, lämmitys ja jäähdytys Enersys/HH/28.1.2010
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 Enersys/HH/13.5.2009
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 Enersys/HH/28.1.2010
Myös jääkaappi on lämpöpumppu höyrystin lauhdutin paisuntaventtiili kompressori Enersys/HH/28.1.2010
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 Enersys/HH/28.1.2010
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. Enersys/HH/28.1.2010
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 Enersys/HH/28.1.2010
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. Enersys/HH/28.1.2010
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 Enersys/HH/13.5.2009
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 Enersys/HH/28.1.2010
SUUREN KERROSTALO KOHTEEN SELVITYKSEN ESIMERKKI KERROSTALOYHTIÖ HELSINGIN VUOSAARESSA, JOSSA 7 RAKENNUSTA JA 76000m 3 RAKENNUSKOMPLEKSI HELSINGIN KAUPUNGIN ENERGIAYHTIÖN KAUKOLÄMMÖSSÄ JA SÄHKÖVERKOSSA, YKSIKKÖHINNAT PÄIVITETTY 2/2011 TASOON KAIKISSA RAKENUKSISSA PAINOVOIMAINEN ILMANVAIHTO LÄMPÖPUMPPUJEN LÄMMÖNLÄHTEENÄ LÄMPÖKAIVOT LÄMPÖPUMPUISSA HYÖDYNNETÄÄN TULISTUENERGIA OMINAISUUTTA JA ALIJÄÄHDYTYSTÄ KÄYTTÖVEDEN ALKULÄMMITYKSEEN Enersys/HH/13.4.2011
SUUREN KERROSTALO KOHTEEN SELVITYSLASKENNAN TULOKSIA Vertailuenergia, Helsingin Kaupungin kaukolämpö Lämmitysenergia, 3600MWh/a Käyttövesienergia, 700MWh/a Lämmitysteho, 1,9MW (100%) LP:n lämpöenergia, 3100MWh/a (72%) LP:n sähköenergia, 1090MWh/a LP:n jäähdytysenergia, 2100MWh/a LP:n lämpöteho, 590kW (31%) LP:n vuosikerroin, 3.06 Laitoskerroin, 1.94 Säästö kaukolämpöön, 19% Investoinnin koroton takaisinmaksuaika, 14a Integroidun yhdistelmälämmityksen lisä- ja varalämpö on kaukolämpö Enersys/HH/13.4.2011
As Oy VANHA KERROSTALOKOHDE HELSINGIN VUOSAARESSA Kustannus 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 VAIHTOEHTOISET KÄYTTÖKULUT NORMIVUOTENA, LPopt+kaukolämpö Yhteensä kaukolämpö (lämm) Yhteensä LP+kl (lämm) Yht. kaukok. erill.jäähdytys Yhteensä kaukok. LP:t Säästö kaukolämpöön 19% 5000 0-5000 tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu -10000 Normivuosi Enersys/HH/13.4.2011
ENERGIASUHTEET LÄMMITYKSESSÄ NORMIVUOTENA, LPopt.+kaukolämpö 23 % LP jäähdytyenergia (lämpökaivot) LP sähköenergia Lisäenergia (kaukolämpökaivot) 52 % 25 % Enersys/HH/28.1.2010
SÄÄSTÖT JA KANNATTAVUUS NORMIVUOTENA YKSIKKÖHINTOJEN MUUTTUESSA KL muutos Sä muutos KL+Sä muutos Tak.maksuaika, KL muuttuu Tak.maksuaika, KL+Sä muuttuu 20,0 18,0 16,0 Säästö /a 14,0 12,0 10,0 8,0 Takaisinmaksuaika/a 6,0 4,0 50 40 30 20 10 0-10 -20 2,0 Hintamuutos % Enersys/HH/28.1.2010
PIENEN KERROSTALO KOHTEEN SELVITYKSEN ESIMERKKI KERROSTALOYHTIÖ JANAKKALAN TERVAKOSKELLA, JOSSA 2 RAKENNUSTA YHTEENSÄ 3700m 3 RAKENNUSKOMPLEKSI VATTENFALLIN ENERGIAYHTIÖN KAUKOLÄMMÖSSÄ JA SÄHKÖVERKOSSA, YKSIKKÖHINNAT 10/2010 MUKAISIA RAKENNUKSISSA POISTO ILMANVAIHTO LÄMPÖPUMPPUJEN LÄMMÖNLÄHTEENÄ LÄMPÖKAIVOT LÄMPÖPUMPUISSA HYÖDYNNETÄÄN TULISTUENERGIA OMINAISUUTTA JA ALIJÄÄHDYTYSTÄ KÄYTTÖVEDEN ALKULÄMMITYKSEEN Enersys/HH/13.4.2011
PIENEN KERROSTALO KOHTEEN SELVITYSLASKENNAN TULOKSIA Vertailuenergia, Vattenfallin kaukolämpö Lämmitysenergia, 118,3MWh/a Käyttövesienergia, 22,4MWh/a Lämmitysteho, 60kW, (100%) LP:n lämpöenergia, 130,5MWh/a (92,7%) LP:n sähköenergia, 44,1MWh/a LP:n jäähdytysenergia, 86,4MWh/a LP:n lämmitysteho, 33kW (55,4%) LP:n vuosikerroin, 3.04 Laitoskerroin, 2.62 Säästö kaukolämpöön, 47% Investoinnin koroton takaisinmaksuaika, 10a Integroidun yhdistelmälämmityksen lisä- ja varalämpö on sähkölämpö Enersys/HH/13.4.2011
As 0y JANAKKALAN TERVAKOSKELLA VAIHTOEHTOISET KÄYTTÖKULUT NORMIVUOTENA, LPopt+sähkölämpö Käyttökustannus 2900 2400 1900 1400 900 400 Yhteensä öljylämpö Yhteensä sähkölämpö Yhteensä kaukolämpö Yhteensä LP+Sähkö Yhteensä LP+Kaukol Yhteensä kaukok. LP:t Yht. kaukok. erill.jäähdytys Säästö kaukolämpöön 47% -100-600 tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu Normivuosi Enersys/HH/28.1.2010
As 0y JANAKKALAN TERVAKOSKELLA ENERGIASUHTEET LÄMMITYKSESSÄ NORMIVUOTENA, LPopt.1+sähkölämpö 7,7 % LP jäähdytyenergia (lämpökaivot) LP sähköenergia Lisäenergia (sähkö) 35,3 % 57,0 % Enersys/HH/28.1.2010
As 0y JANAKKALAN TERVAKOSKELLA Säästö /a SÄÄSTÖT JA KANNATTAVUUS NORMIVUOTENA YKSIKKÖHINTOJEN MUUTTUESSA, LPopt.1+SÄHKÖ 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 15,0 13,0 11,0 9,0 7,0 Koroton takaisinmaksuaika/a 5,0 40 30 20 10 0-10 -20 Hintamuutos % 3,0 Enersys/HH/28.1.2010
UUDIS KERROSTALO KOHTEEN SELVITYKSEN ESIMERKKI KERROSTALOYHTIÖ HELSINGIN HAAGASSA, JOSSA 1 RAKENNUS 15000m 3 RAKENNUSKOMPLEKSI HELSINGIN KAUPUNGIN ENERGIAYHTIÖN KAUKOLÄMPÖ- JA SÄHKÖVERKKO- ALUEELLA, YKSIKKÖHINNAT 2/2011 MUKAISIA RAKENNUKSISSA TULO-/ POISTOPOISTO ILMANVAIHTO, JOSSA LTO LÄMPÖPUMPPUJEN LÄMMÖNLÄHTEENÄ LÄMPÖKAIVOT LÄMPÖPUMPUISSA HYÖDYNNETÄÄN TULISTUENERGIA OMINAISUUTTA JA ALIJÄÄHDYTYSTÄ KÄYTTÖVEDEN ALKULÄMMITYKSEEN LÄMMÖNKERÄYSJÄRJETELMÄÄ HYVÄKSI KÄYTTÄVÄ VIILENNYSJÄRJESTELMÄ TULOILMAAN Enersys/HH/13.4.2011
UUDIS KERROSTALO KOHTEEN SELVITYSLASKENNAN TULOKSIA Vertailuenergia, Helsingin Energian kaukolämpö Lämmitysenergia, 247MWh/a Käyttövesienergia, 168MWh/a Lämmitysteho, 132kW, (100%) LP:n lämpöenergia, 391MWh/a (94,3%) LP:n sähköenergia, 116,5MWh/a LP:n jäähdytysenergia, 275MWh/a LP:n lämmitysteho, 104kW (61%) LP:n vuosikerroin, 3.36 Laitoskerroin, 2.96 Säästö kaukolämpöön, 35% Investoinnin koroton takaisinmaksuaika, 8a. Jäähdytyksellä 6a. Laskennassa integroidun yhdistelmälämmityksen lisä- ja varalämpö on sähkölämpö. Enersys/HH/13.4.2011
UUDISRAKENNUS As 0y VALKEATALO 2 HELSINGISSÄ VAIHTOEHTOISET KÄYTTÖKULUT NORMIVUOTENA, LPopt.1+sähkölämpö Käyttökustannus 5500 4500 3500 2500 1500 Yhteensä öljylämpö Yhteensä sähkölämpö Yhteensä kaukolämpö Yhteensä LP+Sähkö Yhteensä LP+Kaukol Yhteensä LP+Öljy Yhteensä kaukok. LP:t Yht. kaukok. erill.jäähdytys Säästö kaukolämpöön 35% 500-500 tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu Normivuosi Enersys/HH/28.2.2011
UUDISRAKENNUS As 0y VALKEATALO 2 HELSINGISSÄ ENERGIASUHTEET LÄMMITYKSESSÄ NORMIVUOTENA, LPopt.1+sähkölämpö 5,8 % LP jäähdytyenergia (lämpökaivot) LP jäähdytyenergia (jäähdytys) LP sähköenergia 29,8 % Lisäenergia (sähkö) 54,5 % 9,9 % Enersys/HH/28.2.2011
Säästö /a UUDISRAKENNUS As 0y VALKEATALO 2 HELSINGISSÄ SÄÄSTÖT JA KANNATTAVUUS NORMIVUOTENA YKSIKKÖHINTOJEN MUUTTUESSA, LPopt.1+SÄHKÖ 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 15,0 13,0 11,0 9,0 7,0 5,0 Koroton takaisinmaksuaika/a 40 30 20 10 0-10 -20 Hintamuutos % 3,0 Enersys/HH/28.2.2011
KERROSTALON POISTOILMA LTO :n LÄMPÖPUMPPUESIMERKKI TURUSTA Tietoja kerrostalosta, josta selvitys on tehty Tilavuus 14000m 3, 6 kerrosta Kerrosala 3100m 2 Asuntoja 47 + 18 autotallia Rakennusvuosi 1980 Talo öljylämmössä, kulutus n.850mwh/a Poistoilmanvaihto Laskennassa poistoilman jäähdytys -3 - +5 asteeseen Enersys/HH/13.4.2011
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 juuri synny, tai on alhaisempi riippuen kaukolämmön ja sähköenergian hintasuhteesta. Enersys/HH/13.4.2011
KERROSTALOESIMERKIN PERIAATE, JOSSA POISTOILMAN ENERGIAA SIIRRETÄÄN LÄMPÖPUMPUJÄRJESTEL- MÄLLÄ KIINTEISTÖN LÄÄMMITYKSEEN JA KUUMAN KÄYTTÖVEDEN LÄMMITYKSEEN. Enersys/HH/13.4.2011
POISTOILMAN LTO KERROSTALO KOHTEEN SELVITYSLASKENNAN TULOKSIA Vertailuenergia, öljylämpö Lämmitysenergia, 692MWh/a Käyttövesienergia, 158MWh/a Lämmitysteho, 340kW, (100%) LP:n lämpöenergia, 488MWh/a (57,4%) LP:n sähköenergia, 155MWh/a LP:n jäähdytysenergia, 334MWh/a LP:n lämmitysteho, 90kW (28%) LP:n vuosikerroin, 3.16 Laitoskerroin, 1.65 Säästö öljylämpöön, 35% Laskennassa integroidun yhdistelmälämmityksen lisä- ja varalämpö on sähkölämpö Enersys/HH/13.4.2011
POISTOILMAN LÄMMÖN TALTEENOTON LÄMPÖPUMPULLA ESIMERKKI KERROSTALO 14000m 3 TURUSSA 125 105 KIINTEISTÖRYHMÄN ENERGIAT NORMIVUOTENA Lämmitystarve Lämmin käyttövesi Jäähdytystarve 85 Energia MWh 65 45 25 5-15 tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu Normivuosi Enersys/HH.4.7.2011
POISTOILMAN LÄMMÖN TALTEENOTTO LÄMPÖPUMPULLA ESIMERKKI KERROSTALO 14000m 3 TURUSSA 18500 16500 14500 12500 VAIHTOEHTOISET KÄYTTÖKULUT NORMIVUOTENA, LP+LTO IV:stä Yhteensä öljylämpö Yhteensä sähkölämpö Yhteensä Kaukolämpö Yhteensä LP+Sähkö Yhteensä LP+Öljy Yhteensä LP+Kaukol. Käyttökustannus 10500 8500 6500 4500 2500 Säästö öljylämpöön 35% 500-1500 tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu Normivuosi Enersys/HH.4.7.2011
POISTOILMAN LÄMMÖN TALTEENOTON LÄMPÖPUMPULLA ESIMERKKI KERROSTALO 14000m 3 TURUSSA ENERGIASUHTEET LÄMMITYKSESSÄ NORMIVUOTENA, LPopt.1+öljylämpö LP jäähdytyenergia (IV LTO) LP jäähdytyenergia (jäähdytys) LP sähköenergia 43,8 % 37,5 % 18,6 % 0,0 % Enersys/HH.4.7.2011
Periaatekaavio, jonka periaatteen mukaisesti selvitykset on laadittu ja lämpökeskusjärjestelmät tulisi toteuttaa. Enersys/HH/28.2.2011
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
Tiivistelmä aiheesta. Lämpöpumput integroiduissa lämmön ja kylmän tuotantomuotona on varteen otettava vaihtoehto myös kerrostalojen ilmastotalkoissa. Kukin kohde vaatii ammattitaitoisen selvityksen laitteiden sopivuudesta ja kannattavuudesta kohteeseen. Selvitykseen on sisällytettävä myös olemassa oleva tekniikka. Selvitys on edellytys mahdolliselle investointituelle. Lämpöpumppuja valmistavan teollisuuden on otettava huomioon suoritusarvojen vaikutukset vuositaseeseen. Optimoidun laitoksen lämmitysenergiasta on keskimäärin puolet (50%) ilmaista päästötöntä aurinkoenergiaa. Jäähdytysenergia saadaan useimmiten 70-100% vapaajäähdytystoiminnolla, joten sekin on lähes päästötöntä. Lämpöpumppua käytettäessä ilmanvaihdon LTO laitteena, saadaan kerran maksettua energiaa takaisin, säästöt ovat 30-60%. Enersys/HH/13.4.2011
KIITOKSET MIELENKIINNOSTA KYSYMYKSIÄ? Enersys/HH/13.4.2011