Energiantuotantojärjestelmien optimointi lähes nollaenergiakerrostalossa

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2014-08-25
Department
Major/Subject
LVI-tekniikka
Mcode
K3008
Degree programme
Energia- ja LVI-tekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
106+23
Series
Abstract
Energiatehokkuuden parantaminen on yksi keskeisimpiä tavoitteita Euroopan unionissa, jotta tulevaisuudessa pystytään täyttämään kansainväliset ilmastotavoitteet ja hillitsemään ilmastonlämpenemistä. Tavoitteiden täyttämiseksi Euroopan unionin alueella vuoden 2021 alusta alkaen kaikkien uusien rakennusten tulee olla lähes nollaenergiarakennuksia. Lähes nollaenergiarakennuksen energiatehokkuus on erittäin korkea. Rakennuksen lähes olemattomasta tai erittäin vähäisestä energiantarpeesta suuri osa katetaan paikan päällä tuotetuilla uusiutuvilla energialähteillä. Työn keskeisenä tavoitteena on selvittää elinkaarikustannuksiltaan kustannusoptimaalinen tapa toteuttaa uusiutuvien energioiden energiantuotantojärjestelmät lähes nollaenergiakerrostalossa. Jotta energiantuotantojärjestelmillä olisi täytettävissä lähes nollaenergiakerrostalon määritelmä, on rakennuksen ostoenergiantarve ensiksi minimoitu rakenteellisin ja taloteknisin ratkaisuin. Elinkaarikustannuksiltaan edullisinta ratkaisua on etsitty optimoimalla MOBOlla (Multiple objective building optimization) energiantuotantojärjestelmien teknisiä ominaisuuksia esimerkkikerrostalossa dynaamisessa simulointiohjelmassa (IDA ICE 4.5.1). Koska energiatehokkuuslaskennassa energiamuotojen kertoimet ja tehdyt yleistykset saattavat vääristää rakennuksen ostoenergiantarvetta, on työssä tarkasteltu valitun optimaalisen ratkaisun energiatehokkuutta ja elinkaarikustannuksia eri alueilla Suomessa ja tulevaisuudessa todellisen kerrostalon käyttöä mukailevin dynaamisin simuloinnein. Optimaaliseen energiantuotantojärjestelmien ratkaisuun sisältyi aurinkosähköpaneeleita ja maalämpöpumppu, mikä täytti juuri lähes nollaenergiakerrostalon määritelmän. Ratkaisuun ei valikoitunut aurinkolämpökeräimiä rajallisen katon asennuspinta-alan vuoksi. Valittujen energiantuotantojärjestelmien elinkaarikustannukset eivät täyttäneet niille asetettuja tuotto-odotuksia 30 vuoden tarkastelujaksolla ollen 6,54 €/m2 pienemmät. Energiantuotantojärjestelmien suuri asennuspinta-ala saattaa aiheuttaa haasteita rakentamiselle tulevaisuudessa. Verrattaessa ratkaisun energiatehokkuutta todellista käyttöä mukailevissa simuloinneissa havaittiin optimoinnissa valittujen energiantuotantojärjestelmien vastaavan hyvällä tasolla todellisten simulointien energiansäästöä. Elinkaarikustannuksissa ero on merkittävämpi, koska todellisen simuloinnin tapauksessa kaikkea tuotettua aurinkosähköä ei voitu hyödyntää rakennuksessa. Alueelliset tarkastelut osoittivat lämpöenergiatarpeen vaihtelun vaikuttavan tuloksiin merkittävästi. Tulevaisuudessa ilmaston lämpenemisen ei nähdä vaikuttavan merkittävästi energiantuotantojärjestelmien valintaan.

Improving energy efficiency is one of the key targets in European Union to fulfil climate targets and prevent global warming in the future. To fulfil these targets European Union has ordered that all new buildings which are finished after 2021 must be nearly zero-energy building. Nearly zero-energy building means a building that has very high energy performance. The nearly zero or very low amount of energy required should be covered to a very significant extent by energy from renewable sources produced on-site or nearby. The key target in this Master’s thesis is to determine the most cost-optimal solution for renewable energy systems in nearly zero-energy apartment house during the economic life-cycle. First buildings energy consumption has been minimized to fulfil nearly zero-energy apartment house determination with energy systems. The most cost-optimal solution has inspected with optimizing energy systems technical features in example apartment house in dynamic simulation program (IDA ICE 4.5.1). Optimization has been made with MOBO (Multiple objective building optimization). Because primary energy factors and generalization in energy calculation may distort buildings energy needs, cost-optimal solutions energy performance and cost-effectiveness has tried to observe in apartments actual use with different simulations. Actual use simulations have been made for different areas in Finland and in the future. The cost-optimal solution of energy systems contains photovoltaic panels and ground source heat pump and it fulfils just the definition of nearly zero-energy apartment house. The solution didn’t contained solar heat collectors because installation area of the roof was limited. Solutions energy systems life-cycle costs didn’t meet the expected return of investment for a 30 year economic life-cycle. They were 6,54 €/m2 smaller than expected. Large installation area of energy systems may cause challenges for the construction in the future. Comparing energy performance of cost-optimal energy systems solution for the actual use simulation pointed out that optimizations energy savings compared quite well for the actual use simulation. Difference in cost-effectiveness was more significant because in actual use simulation solar energy produced by energy systems can’t be exploited totally in the building. Areal inspections pointed out that areal heating energy changes a lot so it affects for results significantly. Global warming in the future affects results remarkably little so it doesn’t affect for the cost-optimal solution.
Description
Supervisor
Sirén, Kai
Thesis advisor
Törnblom, Tomas
Keywords
energiantuotantojärjestelmät, optimointi, MOBO, lähes nollaenergiakerrostalo, energiatehokkuus, kustannustehokkuus, energy systems, optimization, MOBO, nearly-zero energy apartment house, energy performance, cost-effectiveness
Other note
Citation