Feasibility of district cooling in Marja-Vantaa area

Abstract

Interest in to study the feasibility of district cooling in the area of Vantaa has been raised in Vantaa Energy. Previously studies of district cooling have not been done in Vantaa Energy. In Finland there already exist two large scale district cooling networks located in Helsinki and Turku. The target of this study is to evaluate the cooling potential of the new residential and workplace area of Marja-Vantaa, and find out the most cost-effective district cooling system for proposed area taking into account environmental aspects. A centralized district cooling is also compared to a decentralized cooling production.

Global development trends in air conditioning are considered from a general point of view in the introduction of this study. The extension and specific site of the district cooling network is to be determined after establishing the cooling potential at Marja-Vantaa. In the literature part of this study the cooling production technologies based on absorption process and electrical compressors as well as all the components associated with district cooling system from a cooling production down to customer side are researched.

In the practical part of this study, three district cooling system configurations are formed by comprising cooling production machines of absorption chillers, compressor chillers and heat pumps and other components related to a district cooling system. Net present value and internal rate of return are calculated taking into account all investment and operating costs for all the three system configurations during the operation of 25 years. Carbon dioxide emissions are also calculated for all the three configurations and climate effects of refrigerants of the chillers are evaluated.

According to this thesis compressor cooling system is more cost-effective compared to either absorption cooling or heat pump system, although margins are not significant. From emission point of view, the heat pump system is the most advantageous, saving total of 1,700 tonnes of CO₂ annually. Compressor cooling system causes annual emissions of 210 t CO₂ and absorption cooling system 160 t CO₂ respectively.

Vantaan Energialla on herännyt kiinnostus selvittää kaukojäähdytysliiketoiminnan mahdollisuuksia Vantaalla. Helsingissä ja Turussa on jo olemassa olevat kaukojäähdytysverkot. Aikaisempia selvityksiä aiheesta ei ole tehty Vantaan Energiassa. Tässä selvityksessä tavoitteena on arvioida uuden asuin- ja työpaikka- alueen Marja-Vantaan jäähdytyspotentiaali ja löytää ympäristönäkökohdat huomioon ottaen taloudellisesti kannattavin kaukojäähdytysjärjestelmä tarkastelualueelle sekä verrata kaukojäähdytystä hajautetusti tuotettuun jäähdytykseen.

Selvityksessä lähdetään liikkeelle tarkastelemalla ilmastoinnin jäähdytyksen kysynnän kehitystä yleisesti maailmalla. Työn ensimmäisessä vaiheessa arvioidaan uuden asuin- ja työpaikka-alueen Marja-Vantaan jäähdytyspotentiaali. Potentiaalin perusteella kaukojäähdytysverkon laajuus ja sijainti tarkentuu. Työn kirjallisuusosassa käydään läpi absorptioprosessiin ja sähkötoimisiin kompressoreihin perustuvat jäähdytyksen tuotantotekniikat sekä kaikki kaukojäähdytysjärjestelmään kuuluvat komponentit jäähdytyksen tuotannosta asiakaspäähän.

Työn käytännön osuudessa jäähdytyksen tuotantotavoista ja kaukojäähdytysjärjestelmän komponenteista kootaan kolme erilaista kokoonpanoa huomioon ottaen jäähdytyksen erilaisten toimintaolosuhteiden mahdollisuus. Valitut kaukojäähdytysjärjestelmäkokoonpanot perustuvat absorptio- ja kompressorijäähdytykseen sekä lämpöpumpputekniikkaan lämmöntalteenotolla. Kaikkien järjestelmäkokoonpanojen investointi- ja käyttökustannukset huomioon ottaen lasketaan nettonykyarvo ja sisäinen korko 25 vuoden toiminnalle. Ympäristövaikutukset huomioidaan laskemalla järjestelmäkokoonpanojen hiilidioksidipäästöt sekä arvioimalla jäähdyttimien kylmäaineiden vaikutus ilmastoon.

Selvityksen perusteella voidaan todeta, että kompressorijäähdytysjärjestelmä on taloudellisesti kannattavampi vaihtoehto verrattaessa absorptiojäähdytysjärjestelmään tai lämpöpumppujärjestelmään, mutta erot eivät ole isoja. Lämpöpumppujärjestelmän päästötase on negatiivinen säästäen vuosittain 1 700 tonnia hiilidioksidia, kun kompressorijäähdytysjärjestelmä aiheuttaa CO₂ -päästöjä 210 tonnia vuodessa. Absorptiojäähdytysjärjestelmästä aiheutuu 160 tonnin vuosittaiset CO₂ -päästöt.