Aurinkojäähdytyksen ja -lämmityksen toteutus ja kannattavuus toimitilarakennuksessa

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Date
2015-03-23
Department
Major/Subject
LVI-tekniikka
Mcode
K3008
Degree programme
Energia- ja LVI-tekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
95 + 9
Series
Abstract
Rakentamisen vaatimukset energian ja sisäilman suhteen kiristyvät jatkuvasti. Energian kustannukset nousevat, energiamääräykset tiukentuvat sekä tiloilta vaaditaan yhä enemmän jäähdytystä. Tämä kannustaa kustannustehokkaiden ratkaisujen etsimiseen uusiutuvan energian suhteen. Tässä diplomityössä tutkittiin aurinkolämpöjärjestelmän yhdistämistä absorptiojäähdytykseen sekä sen toteuttamista ja kannattavuutta virtuaalisessa toimitilarakennuksessa. Työn teoriaosuudessa tarkasteltiin useita eri vaihtoehtoja aurinkolämpöjärjestelmän toteuttamiseksi ja niiden pohjalta suunniteltiin kolme eri tyyppijärjestelmää. Tyyppijärjestelmässä samoilla keräimillä tuotetaan lämpöä käyttöveteen, ilmanvaihdon ja tilojen lämmittämiseen sekä absorptiojäähdytykseen. Tyyppijärjestelmässä käytetään hybridijäähdytystä eli absorptiojäähdytyksen ja kompressorijäähdytyksen yhdistelmää. Työn laskentaosuudessa virtuaalisesta toimitilarakennuksesta tehtiin energiasimulointi IDA ICE ohjelmalla. Aurinkolämpöjärjestelmän ja absorptiojäähdytyksen tuotolle tehtiin laskentamalli, jolla laskettiin dynaamisesti aurinkolämmön tuotto rakennuksen energiantarpeen suhteen. Yleisesti käytössä olevat laskentamallit absorptiojäähdytykselle ovat yksinkertaistettuja kuukausi- tai vuositason malleja, jotka eivät sovellu dynaamiseen laskentaan. Osa tätä työtä oli laskentamallin luominen dynaamiseen tarkasteluun absorptiojäähdytyksen energiantuotolle. Toimitilan koko lämmöntarpeesta pystytään kattamaan 18 % aurinkolämmöllä ja E-lukua voi-daan parantaa noin 21 kWh/m²a, mikä vastaa kolmasosaa energialuokasta. Eri tyyppijärjestelmistä yhden varaajan käyttö osoittautui hieman tehokkaammaksi, mutta useamman varaajan käyttö on käytännön syistä suositeltavaa. Aurinkolämpö on taloudellisesti kannattavaa, kun korvataan riittävän kallista energiaa. Parhaimmillaan päästään yli 9 % tuotto-odotuksiin. Absorptiojäähdytyksellä saadaan toimitilassa aurinkolämmöllä 10 % jäähdytystehosta ja 20 % vuotuisesta jäähdytysenergiasta. Se ei kuitenkaan ole taloudellisesti kannattavaa, sillä laitteet ovat kalliita ja jäähdytystä ei saada tuotettua riittävän tehokkaasti verrattuna kompressiojäähdyttimiin. Kohteessa ei myöskään saada riittävästi ylimääräistä aurinkolämpöä absorptiojäähdyttimelle.

The requirements for building energy efficiency and indoor climate are rising constantly. Growing energy costs, new energy regulations and increasing cooling need contribute to an urgent need for new cost effective solutions for renewable energy. The aim of this thesis was to research potential ways to execute a solar cooling system in premises. Different solutions are presented and based on them three different layouts were designed. The layouts varied in the number of heat storages. Solar thermal collectors were used in each layout to produce heat for domestic hot water, air conditioning heating, room heating and absorption cooling. The layouts use hybrid cooling which combines the use of an absorption cooler and compression cooler. Research was done for one virtual model of a premise building, for which energy simulations were run with IDA ICE software. A model was presented for dynamic solar thermal calculations. Absorption cooling models in solar cooling are typically for monthly or yearly calculations, which is not suitable for dynamic calculations. Part of this thesis was to compile a dynamic cal-culation model for absorption cooling. According to the results, 18 % of the premises total heating demand can be met with solar thermal collectors. This contributes to an improvement of one third of a Finnish Building Energy Class. Between different layouts the use of one heat storage proved to be slightly superior in terms of simulated energy production. However, using multiple heat storages is suggested for balancing the system. When applied with expensive heating energy, solar thermal is highly prof-itable with up to 9 % internal rate of return. With absorption cooling, 10 % of cooling power and 20 % of annual cooling energy can be produced with solar thermal. Absorption cooling is not economically feasible, since it has high investment costs and its energy is too expensive even with solar thermal. For the building, the amount of excess solar thermal energy is insufficient for feasible absorption cooling.
Description
Supervisor
Kosonen, Risto
Thesis advisor
Kavander, Eveliina
Keywords
absorptiojäähdytys, aurinkojäähdytys, aurinkolämpö, hybridijäähdytys, hybridilämmitys
Other note
Citation