Demand response potential of ventilation systems servicing general areas in shopping centers
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-08-19
Department
Major/Subject
Sustainable Energy in Buildings and Built Environment
Mcode
ENG3068
Degree programme
Master's Programme in Advanced Energy Solutions (AAE)
Language
en
Pages
77
Series
Abstract
While electricity production shifts towards renewable energy sources, the demand for solutions to mitigate the imbalance between intermittent energy production and energy consumption increases. One key measure to for it is demand response (DR), in which consumption is shifted in time depending on production. The thesis is ordered by Ramboll Finland Ltd and motivated by their active participation in demand response projects, where the best ways to utilize buildings’ technical systems in demand response markets are investigated. The main hypothesis in this work is that the ventilation systems of shopping centers’ general areas offer a significant reserve potential without compromising the indoor climate. In this thesis, literature is used to study the state of electricity production, structure of balancing and ancillary service markets, and demand response strategies of HVAC systems. The quality of the indoor climate of a shopping corridor in Lippulaiva shopping center is studied with CFD-simulations under maximum occupancy with ventilation shut off. Two case studies are conducted to determine how the initial conditions affect the results. Based on the CFD results, the demand response potential of Lippulaiva’s ventilation systems is estimated based on the air handling units’ nominal fan power. These results are further extended to estimate the potential of the whole Finnish shopping center stock. The main result is that allowed CO2 or temperature levels are not exceeded in either of the cases during the studied 1-hour period, i.e., there is no reason to increase the flow rates before DR action. Hence, the full capacity of the ventilation systems can be utilized as a reserve, resulting in roughly 100 kW potential in Lippulaiva, and 7100 kW potential in shopping centers across Finland.Sähkön tuotannon painottuminen enenevissä määrin uusiutuviin energia-muotoihin, lisääntyy tarve tasapainottaa sähkön kulutusta vaihtelevan tuotannon mukaan. Yksi keskeisistä keinoista tähän tasapainottamiseen on kysyntäjousto, jossa kulutusta siirretään tuotannon mukaan eri ajanhetkille. Diplomityön aiheen motivaationa toimii työn tilaajan, Ramboll Finland Oy:n, aktiivinen osallistuminen kysyntäjoustohankkeisiin, joissa etsitään erilaisia tapoja hyödyntää rakennusten teknisiä järjestelmiä kysyntäjoustomarkkinoilla. Tutkimuksen keskeisenä hypoteesina oli, että kauppakeskusten yleisten tilojen ilmanvaihtojärjestelmät tarjoavat merkittävän reservin kysyntäjoustoon, vaarantamatta sisäympäristön olosuhteita. Työssä tutkitaan kirjallisuuden avulla sähköntuotannon tilannetta suomessa, kysyntäjoustomarkkinoiden rakennetta ja LVI-järjestelmien kysyntäjoustostrategioita. Työssä tutkitaan kauppakeskus Lippulaivan kauppakäytävän olosuhteita CFD-simuloinnilla tilanteessa, jossa tilan ilmanvaihtokone suljetaan kysyntäjoustotoimenpiteen ajaksi maksimi-ihmismäärällä. CFD-simulointeja suoritetaan kaksi, joilla tutkitaan lähtöolosuhteiden vaikutusta tuloksiin ja tilan tuuletuksen tarve. CFD-malli validoidaan kokeellisen datan perusteella. CFD-simulointien tuloksien perusteella arvioidaan Lippulaivan osalta kauppakäytävien ilmanvaihtokoneiden puhaltimien nimellistehon mukaan niiden tarjoama kysyntäjoustoreservi, jonka perusteella tulos laajennetaan suuntaa antavaksi arvioksi kauppakeskuksien potentiaalista Suomen laajuisesti. CFD-simulointien tuloksien mukaan kauppakäytävää ei tarvitse tuulettaa, ennen kysyntäjoustotoimenpidettä. Raja-arvot hiilidioksidipitoisuudelle tai lämpötilalle eivät ylity kummassakaan tilanteessa tunnin simuloinnin aikana. Näin ollen, koko ilmanvaihtokoneiden puhaltimien sähköteho, n. 100 kW, on vapautettavissa kysyntäjoustoreserviksi. Suomen laajuudella, suuntaa antava reservikapasiteetti on n. 7100 kW.Description
Supervisor
Mustakallio, PanuThesis advisor
Kaihua, OssiKeywords
demand response, shopping centers, computational fluid dynamics, ventilation