Aluetason energiaratkaisut Markku J. Virtanen, Dr 31.3.2009
Viitekehys paradigman muutokselle 2
Missä ja milloin innovaatiot syntyvät? Business (Kannattavuus) 3
Ekotehokkaan alueen suunnitteluperiaatteita EcoCity-konsepti korkea aluetehokkuus (väh. ea=0,3) edullinen pienilmasto huippuenergiatehokkaat rakennukset passiivinen aurinkoenergia ja rakennuksiin integroitunut aurinkolämpöja aurinkosähköteknologia (etelään suuntaus) hajautettu energiantuotanto paikallisista lähtökohdista jätteiden hyötykäyttö energiantuotannossa sadeveden hyödyntäminen palvelut lähellä etätyömahdollisuudet asumisen ja työn sekoittaminen (ZE 2 D = Zero Energy/Emission Development) 4
Exergia Exergialla tarkoitetaan energiaa, joka on kokonaisuudessaan muunnettavissa muuksi energiaksi. Korkealaatuinen (-arvoinen) energia kuten sähköenergia ja mekaaninen työ ovat puhtaita exrgiamuotoja, eli ne ovat kokonaan muunnettavissa. Matala-exergiajärjestelmillä tarkoitetaan energianjärjestelmiä, jotka hyödyntävät matala-arvoista energiaa. Rakennusten energiahuollossa tällaista energiaa on esimerkiksi lähellä huoneen lämpötilaa oleva lämpöenergia. 5
Taustaa exergialle rakennussovelluksissa IEA Annex 37 Low Exergy Systems for Heating and Cooling of Buildings (LowEx) -tutkimusohjelma 1999-2003 Fokus käytännöllisissä asioissa exergia-analyysityökalut suunnittelun alkuvaiheeseeen matalaexergia -konseptit ja -teknologiat esimerkkikohteet markkinapotentiaalit tiedon välittäminen 6
Energian laatu (Exergia) EXERGIA = LAATUKERROIN x ENERGIA Source Quality Laatukerroin factor q Mechanical energy 1.00 Electrical energy 1.00 Nuclear fuel 1.00 Solar radiation 0.95 Fuels 0.90 Thermal at 100 C 0.21 Thermal at 40 C 0.06 Thermal at 20 C 0.00 Exergiaa kulutetaan, energiaa käytetään Energian laatu heikkenee sitä käytettäessä REFERENCE : ROOM AIR TEMPERATURE AT 20 0 C 7
Matalaexergiasuunnittelu (LowEx Design) yli perinteisten rajojen menevä osaaminen, jolla vähennetään laatuenergian tarvetta rakennuksissa ja lisätään uusiutuvien/ vapaiden energialähteiden käyttöä rakennuksissa ja alueilla koko energiasysteemin hallinta 8
Tuulivoima Exergiavirtojen ohjaaminen CHP-laitos Tehdas (jätelämpö 120 C) Marketti (jätelämpö 40 C) Kaukolämpö (lämpö115 C) SÄHKÖ LÄMPÖ, 115-120 C LÄMPÖ, 40 C LowEx -alue (lämmitys 40 C, lämmin käyttövesi 55 C) 9
Energiatehokkuuden strategia 1. Energian tarpeen pienentäminen (energiansäästö) 2. Uusiutuvien ja vapaiden energialähteiden hyödyntäminen 3. Puhtaiden fossiilisten energialähteiden käyttö Energian tarve 10
Energia and exergia ENERGIAVIRTA ENTROPIAN GENEROINTI EXERGIAN KULUTUS 11
Rakennusten LowEx -järjestelmät vs. energiantuotanto Määrällisen tarkastelun lisäksi laadullinen tarkastelu Energian tuotanto Energian tarve Käyttö Lähde q 1 0 Sähkö CHP PV Tuuli Kaukolämpö (CHP) Maalämpö Vesistöt Aurinkolämpö Jätelämpö Energian laatukerroin 1 Sähkölaitteet 0 Sauna Lämmin vesi Tilojen lämmitys 12
Matalaexergiajärjestelmien etuja Toimivia järjestelmiä lämmön ja kylmän jakoon lämpötila-alueella +15 C +40 C Matalaexerginen (LowEx) lämmitys- ja viilennysjärjestelmä Lattialämmitys T max = 29-35 0 C, q max = 100-165 W/m 2 Lattiaviilennys T min = 20 0 C, q max = 40-80 W/m 2 Kattolämmitys T max = 27 0 C, q max = 42W/m 2 Kattoviilennys T min = 17 0 C, q max = 100W/m 2 tuottaa käyttäjille miellyttävän, puhtaan ja terveellisen sisäympäristön hyödyntää monipuolisesti ja joustavasti erilaisia energialähteitä hyödyntää uusiutuvia energialähteitä tehokkaasti Kaupallista teknologiaa on paljon 13
Paljon on tehtävää Exergiatehokkaassa järjestelmässä pitää käyttää mahdollisimman paljon uusiutuvia energialähteitä ja prosessien sivuvirtoja Flow of exergy 5000 [W] 4000 3000 2000 Energy transform. Generation Storage Distribution Emission Room Envelope Base case Elec. radiator HP + floorheating Flow of energy 5000 [W] 4000 3000 2000 Energy transform. Generation Storage Distribution Emission Room Envelope 1000 1000 0 1 2 3 Components 4 5 6 7 8 0 1 2 3 Components 4 5 6 7 8 LowEx tuotanto? Rakennusten LowEx -järjestelmät? 14
Esimerkkikohde: Kokkolan asuntomessualue Tuotanto Olemassa olevan energiainfrastruktuurin mahdollisimman tehokas hyödyntäminen Matalalämpötilainen aluelämmitys matalaexergia-alue Energialähteiden elinkaaritarkastelut ja rakennuksen tai rakennusryhmän kokonaisenergian tarve Lämpöenergia kokonaisuudessaan, sähköenergia ja sen käytön pienentäminen Primäärienergian tarve, uusiutuva sähköenergia Vaikuttavat asiat: Kaavoitus, tontinluovutusprosessi, rakennusjärjestys Tontinluovutusehdot Rakentamistapasitoumus: kannustaminen - ohjeistus Asukasnäkökulmat Tarve Lämmitys Jäähdytys 15
Kiitos exergisestä huomiostanne! www.lowex.net 16