Tiivistirakennettujen kaupunkialueiden asuinkerrostalojen hukkalämmön ja muiden lämmönlähteiden hyödyntäminen maalämpö- ja lämpövarastointiratkaisussa

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2022-08-22
Department
Major/Subject
Sustainable Energy Conversion Processes
Mcode
ENG3069
Degree programme
Master's Programme in Advanced Energy Solutions (AAE)
Language
fi
Pages
55+4
Series
Abstract
Saavuttaakseen ilmastosopimuksissa asetetut tavoitteet, on rajoitettava fossiilisten energialähteiden käyttöä. Rakennukset aiheuttavat noin 30 % kasvihuonepäästöistä, joten rakennuskannasta saatavat säästöt voivat olla merkittäviä. Lämpöpumpuilla voidaan tuottaa rakennuksille lämmitystä uusiutuvilla enerigalähteillä. Maalämpöjärjestelmän etu on myös mahdollisuus hyödyntää energiakenttää rakennuksen jäähdytystä varten. Energiakenttä vaatii kuitenkin suuren pinta-alan, joka voi olla hankala saavuttaa tiivistirakennetuissa kaupunkialueilla. Energiakenttä mitoitetaan lämmitysjärjestelmän vuotuisen energiakulutuksen mukaan. Liian pieneksi mitoitettu energiakenttä saattaa jäätyä ja rikkoutua. Parametrit, jotka vaikuttavat energiakentän mitoitukseen ovat maankamaran termiset olosuhteet ja ominaisuudet, energiakaivojen rakenne ja sijainnit, sekä kentästä otettavan energian määrästä. Energiakenttää voidaan regeneroida ulkoisilla lämmönlähteillä. Lämmityskauden ulkopuolella voidaan esimerkiksi hyödyntää poistoilmasta ulos kulkeutuvaa lämpöenergiaa. Hyödyntämällä rakennuksen jäähdytyksen putkiverkostoa voidaan järjestää lämmöntalteenotto kustannustehokkaasti, lisäämättä erillistä lämmöntalteenottoverkostoa. Tapaustutkimuksessa kehitetään asuinrakennuksen lämmitysjärjestelmän konsepti, jossa yhdistetään maalämpöjärjestelmään aktiivijäähdytys sekä lämmöntalteenotto. Aktiivijäähdytyksestä syntyvää lauhdelämpöä voidaan hyödyntää lämmityksen tuotantoon tai regeneroida energiakaivokenttää. Tapaustutkimukseen suoritettujen simuloinnien perusteella voidaan estää energiakentän jäätyminen, kun jäteilman lämmöntalteenotto jäähdyttää poistojäteilman 16 °C asteeseen. Regeneraatio mahdollistaa myös energiakaivojen sijoittamisen jopa 6 metrin etäisyyksille toisistaan. Lämmityskauden ulkopuolinen regeneraatio pienentää myös energiakaivojen tarvittavia syvyyksiä, joka vuorostaan pienentää järjestelmän kustannuksia.

To reach the goals set in climate agreements, the use of fossil energy sources must be limited. Buildings produce roughly 30 % of the greenhouse gas emissions, therefore the impact of reductions gained from buildings can be significant. With heat pumps it is possible to produce heat with renewable sources. Ground source heat pumps provide the benefit of using the ground heat exchangers for production of cooling for the building. Ground source heat pumps require a big surface area for the ground heat exchangers, which can be hard to obtain in densely built city areas. Ground source heat pumps utilize the heat stored in the ground. The system is dimensioned according to the yearly heat extracted from the ground. If the boreholefield is too small for the amount of heat extracted, the risk of freezing the boreholes and spoiling the field is possible. Parametres that affect the sizing of the borehole field is the thermal conditions in the ground, borehole configuration and layout, and the amount of heat extracted from the field. Boreholes can be regenerated with external heat sources. Outside of the heating period heat from the ventilation’s exhaust air can be used. A cost-efficient way to implement heat recovery is to utilize the building’s cooling circuit. In the case study a concept for a heating system for a residential building, the concept combines the active cooling and heat recovery in the same system. A simulation performed for the case study indicates that the freezing of the borehole field can be prevented with the heat recovery cooling the exhaust air to 16 °C. Regeneration allows a closer placement, with the possibility of 6 metres distance of each other. Regeneration also reduces the needed depth of boreholes, which in turn reduces the cost of the system.
Description
Supervisor
Järvinen, Mika
Thesis advisor
Manner, Mika
Keywords
maalämpö, lämpöpumppu, lämmöntalteenotto, lämpövarastot, energiakaivot, regenerointi
Other note
Citation