Synergy grid concept and the utilization of waste heat from building cooling systems

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2013
Major/Subject
LVI-tekniikka
Mcode
Ene-58
Degree programme
Language
fi
Pages
(8) + 64 s. + liitt. 8
Series
Abstract
Energy efficiency and the effort to save energy have to be taken into account in all actions in both economic and environmental affairs. The transform into a low emission society demands improved energy efficiency and the efficient development of new technology in all areas of a society. Factors affecting improvements in energy efficiency include energy efficient regional planning and building. In addition to the improvements in energy efficiency, the production method of energy is a significant factor in the attempts to achieve the greenhouse gas emission reduction targets. In this master's thesis, I concentrated into the synergy grid concept, how it can be utilized in regional energy production and what are the possible business models in its deployment. In this thesis the concept was delimited to concern only district heating and district cooling. The application of the concept, examined in this thesis, is the possibility of transmitting the waste heat from building cooling systems to a district heating network. In this thesis, I studied the ways in which this kind of application of a synergy grid affects the energy efficiency of building services. I made simulations of building cooling systems to reach a conclusion. The Jorvi area was studied as an example region. In the thesis, I examined the potential of the deployment of a synergy grid in this area. A concept plan was made for the area, and the operation was analysed taking into account the advantaged and disadvantages of the system. The work revealed that the energy efficiency ratio (EER) of a water chiller decreases almost 50 % when it is condensed into the return flow of district heating instead of using traditional method. If the refrigerant is changed from R134a to R717, the EER increases by about 14 %, when the water chiller is condensed into district heating. If the condensing method of an existing water chiller is changed to condensate into district heating, the cooling power decreases by approximately 50 %. In addition, it was assessed how the electricity consumption of the dry cooler would affect the energy efficiency of the water chiller. The result was that it decreases the EER by about 18,2 %, but even if this is taken into account, the EER decreases by about 38,4 % if the traditional water chiller is changed to one that is condensed into the return water of district heating. The heat consumption of the Jorvi are will increase by approximately 33,9 % and the electricity consumption will increase by approximately 58,3 % after the new buildings that are planned to be built the area have been constructed. Thus, the ratio between heat and electricity consumption will shift towards electricity. This is due to, for example, the wider cooling systems of the new buildings. Scenarios for the future of the Jorvi area were developed in this thesis. If changes are made to the energy solutions in the area, I believe that the most probable option is the partial transition of the Jorvi hospital to the use of a water chiller would be condensed into district heating. In this scenario, water chillers that function during the heating season would be condensed into the return water of district heating. Regarding energy efficiency, this new way of producing chilled water, is not profitable for buildings. However, this result can be affected by the possible compensation for surplus heat, the ownership of the water chilling equipment and other aspects of different contracts.

Energiatehokkuus ja pyrkimys energian säästöön ovat nykyään otettava huomioon kaikessa toiminnassa sekä taloudellisuuden että ympäristön kannalta. Vähäpäästöiseen yhteiskuntaan siirtyminen edellyttää energiatehokkuuden parantamista ja uuden teknologian kehittämistä yhteiskunnan kaikilla osa-alueilla. Osatekijöitä energiatehokkuuden parantamisessa ovat energiatehokas aluesuunnittelu ja rakentaminen. Energiatehokkuuden lisäksi myös käytetyn energian tuotantotavoilla on merkitystä erityisesti kasvihuonekaasupäästöjen vähentämistavoitteiden saavuttamisen kannalta. Tässä diplomityössä tutustuttiin Avoin energiaverkko -konseptiin, miten sitä voidaan hyödyntää alueellisessa energiantuotannossa ja mitä mahdollisia liiketoimintamal1eja on olemassa sen toteuttamiseen. Työssä Avoin energiaverkko -konsepti rajattiin koskemaan vain kaukolämpö- ja kaukokylmäverkkoja. Konseptin sovelluksena tutkittiin mahdollisuutta, jossa kiinteistöjen vedenjäähdytyskoneiden hukkalämpö siirrettäisiin kaukolämpöverkkoon. Työssä selvitettiin miten tämä avoimen energiaverkon sovellus vaikuttaa taloteknisten järjestelmien energiatehokkuuteen. Tätä varten työssä tehtiin kylmäkonesimulointeja. Esimerkkialueena työssä tutkittiin Jorvin aluetta, jolle tutkittiin avoimen energiaverkon käyttöönoton potentiaalia. Alueelle tehtiin konseptisuunnitelma, ja toimintaa analysoitiin ottaen huomioon järjestelmän edut ja haitat. Työssä selvisi, että vedenjäähdytyskoneen kylmäkerroin putoaa lähes 50 % kun se lauhdutetaan perinteisen tavan sijaan kaukolämmön paluuveteen. Vaihtamalla kylmäaine R134:sta R717:aan voidaan kylmäkerrointa nostaa 14 % kaukolämpölauhdutteisessa vedenjäähdytyskoneessa. Mikäli olemassa olevan vedenjäähdytyskoneen lauhdutustapa muutetaan perinteisestä tavasta kaukolämpölauhdutteiseksi, sen jäähdytysteho putoaa lähes 50 %. Laskennassa arvioitiin myös miten nestejäähdyttimen sähkönkulutus vaikuttaa vedenjäähdytyskoneen kylmäkertoimeen. Tulokseksi saatiin, että se laskee kylmäkerrointa noin 18,2 %, mutta vaikka tämä huomioidaan, kylmäkerroin laskee silti noin 38,4 % jos perinteinen vedenjäähdytyskone vaihdetaan vedenjäähdytyskoneeseen, joka lauhdutetaan kaukolämmön paluuveteen. Jorvin alueen lämmönkulutus nousee noin 33,9 % ja sähkönkulutus noin 58,3 % kun alueelle suunnitellut uudisrakennukset rakennetaan. Alueen sähkö- ja lämpöenergian suhde muuttuu siis sähköpainotteisemmaksi. Tämä johtuu mm. uusien rakennusten laajemmasta tilakohtaisesta jäähdytyksestä. Työssä kehitettiin vaihtoehtoja Jorvin alueen tulevaisuudelle. Mikäli alueella tehdään tulevaisuudessa muutoksia energiaratkaisuihin, todennäköisimpänä vaihtoehtona pidän Jorvin sairaalan osittaisista siirtymistä kaukolämpöön lauhdutettuun kylmäntuotantoon. Tässä tapauksessa lämmityskaudella toimivat jäähdytyskoneet lauhdutettaisiin kaukolämmön paluuveteen. Energiateknisessä mielessä siirtyminen kylmäntuotantoon, jossa vedenjäähdytyskone lauhdutetaan kaukolämmön paluuveteen, ei ole kiinteistön osalta kannattavaa. Tähän voivat kuitenkin vaikuttaa mahdolliset hukkalämmöstä saatavat korvaukset, kylmäntuotantolaitteiston omistussuhteet sekä erilaiset sopimustekniset seikat.
Description
Supervisor
Sirén, Kai
Thesis advisor
Kondakov, Santeri
Keywords
synergy grid, avoin energiaverkko, water chiller, vedenjäähdytyskone, EER, kylmäkerroin, district heat, kaukolämpö, Jorvi, Jorvi
Other note
Citation