Energiatehokkaiden hybridijärjestelmien optimointi asuinrakennuksiin
Loading...
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.
Author
Date
2021-08-23
Department
Major/Subject
Energy Technology
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Energy Technology (EEN)
Language
fi
Pages
63
Series
Abstract
Suomen energia- ja ilmastostrategian mukaan rakennusten lämmitysenergian kulutus on 20 prosenttia pienempi vuoteen 2030 mennessä kuin mitä se oli 2012. Olemassa olevan rakennuskannan lämmitysenergian kulutusta pyritään aktiivisesti pienentämään korjausrakentamisella ja pienimuotoisella rakennusten yhteydessä tapahtuvalla energiantuotannolla. Diplomityössä käsitellään sähkö- ja kaukolämmitteisten asuinrakennusten energiankulutuksen osan korvaamista yleisimmillä hybridituotannon muodoilla, kuten aurinkoenergia, maalämpö sekä vesi- ja ilmalämpöpumput. Työn tavoitteena on asuinrakennusten energiaoptimointityökalun kehittäminen ja hybridituotantomenetelmien hyötyjen osoittaminen asuinrakennusten energiantarpeen tyydyttämisessä ja energiatehokkuuden optimoinnissa. Työkalulla suoritetaan syötettävän rakennusdatan perusteella energialaskelmat ja kohdekohtainen optimointi hybridituotannolle sijainnin, energiankulutuksen, kustannusten ja hiilidioksidipäästöjen pohjalta. Tavoitteena on selvittää optimointityökalun tarve hybridienergian tuotannon parissa ja mitä voidaan saavuttaa integroimalla hybridienergiantuotanto osaksi kaukolämpö- tai sähkölämmitteistä kohdetta. Diplomityönä kehitettiin optimointityökalu ja ratkaistiin voiko sillä luotettavasti selvittää mahdollisen hybridienergiantuotannon hyötyjä sekä voiko työkalua käyttää yleisesti kaikkiin rivitalo-, pientalo- tai kerrostalokohteisiin. Rakennetulla optimointityökalulla tarkasteltiin kolmea esimerkkitapausta: 1. pientaloasunto Nurmijärvellä, 2. pientaloasunto puumalassa ja 3. kerrostaloasunto helsingissä. Vertailemalla tuloksia Motivan Pientalon lämmitystapojen vertailulaskuriin, huomattiin tulosten antavan samantyyppisiä lämmitysjärjestelmäkokoonpanoehdotuksia. Tämän työn optimointityökalu tosin antoi selkeästi suurempia elinkaarikustannuksia ratkaisuille laskiessaan mukaan huolto- ja ylläpitokulut sekä optimoidessaan monikohdeoptimointina elinkaarikustannusten lisäksi myös energiatehokkuutta ja hiilidioksidipäästöjä. Todettiin myös, että työkalua voi käyttää suuntaa antavana laskurina myös yksittäisille kerrostaloasunnoille. Kaikissa tapauksissa optimointituloksista oli nähtävissä työkalun hyödyllisyys olemassa olevan asuinrakenuksen energiatehokkuuden parantamiseksi sekä elinkaarikustannusten ja päästöjen pienentämiseksi. Tuloksista on nähtävissä, että Suomen energia- ja ilmastostrategian tavoitteiden saavuttamiseksi energiajärjestelmien optimoinnista jo olemassa olevaan talokantaan on hyötyä.According to the energy and climate Strategy of Finland, the consumption of heating energy in buildings should be 20 percent lower by 2030 than it was in 2012. The aim is to actively reduce the consumption of heating energy in the existing building stock through renovation and small-scale energy production connected to buildings. The master's thesis deals with replacing part of the energy consumption of electrical and district-heated residential buildings with the most common forms of hybrid energy production such as solar energy, geothermal heat and water and air source heat pumps. The aim of the work is to build an energy optimization tool for residential buildings and to demonstrate the benefits of hybrid production methods meeting the energy needs and optimising energy efficiency. The tool performs energy calculations and target-specific optimization for hybrid production based on location, energy consumption, costs and carbon dioxide emissions calculated from construction data fed to the tool. The aim is also to find out the need for an optimisation tool in hybrid energy production and what can be achieved by integrating hybrid energy production into a district heating or electrically heated buildings. As a master's thesis, an optimisation tool was built and it was determined whether it could reliably investigate the benefits of potential hybrid energy production and could it be used in general for all terraced houses, detached houses or apartments. Optimization tool built solved three examples: 1st detached house in Nurmijärvi, 2nd detached house in Puumala and 3. apartment in Helsinki. By comparing the results with Motiva's calculator for the heating methods of detached House, it was found that the results gave same type of heating system assembly proposals. However, the optimisation tool for this work provided clearly higher lif ecycle costs for solutions while including maintenance costs and optimising not only life cycle costs but also energy efficiency and carbon dioxide emissions as multi-objective optimization. It was also found that the tool can also be used as an indicative counter for individual apartment in block of flats. In all cases, the optimization results showed the usefulness of the tool to improve the energy efficiency of existing residential buildings and to reduce life cycle costs and emissions. From the results it can also be seen that in order to achieve the objectives of Finland's energy and climate strategy, optimisation of energy systems to already existing building stock will be useful.Description
Supervisor
Virtanen, MarkkuThesis advisor
Hirvensalo, JaakkoKeywords
energiatehokkuus, hybridituotanto, monitavoiteoptimointi, laskennallisen energiatehokkuuden vertailuluku, hiilidioksidipäästöt,, elinkaarikustannukset
