Sairaalarakennuksen energiankierrätysjärjestelmän simulointi ja säätöparametrien vaikutus järjestelmän energiatehokkuuteen ja toimintaan

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis

Authors

Date

2020-05-18

Department

Major/Subject

Sustainable Energy in Buildings and Built Environment

Mcode

ENG3068

Degree programme

Master's Programme in Advanced Energy Solutions (AAE)

Language

fi

Pages

72+22

Series

Abstract

Työn tavoitteena on tutkia ja varmentaa KSSHP Sairaala Novan energiankierrätysjärjestelmän toimintaa. Tätä varten järjestelmästä luodaan simulointimalli Mathworksin MATLAB-ohjelmiston Simscape-laajennuksella, joka mahdollistaa todellista järjestelmää kuvaavan dynaamisen simulaatiomallin luomisen. Dynaamisilla simuloinneilla saatujen tulosten perusteella mallinnetun järjestelmän kokonaislämmitys- ja jäähdytystehot vastaavat lähtötietoina käytettyjä laskennallisia kuormia. Lähtötietojen ja simulaatioiden tulosten havaitaan poikkeavan lauhdelämmön jakautumisessa selvästi toisistaan: referenssilaskelmaan verrattuna IV-verkostojen vastaanottama lauhde-energia kasvoi 33 – 52 %, radiaattoriverkostossa havaittiin 33 – 36 % vähennys ja pihasulatukseen käytettävän lauhde-energian määrä laski 33 – 35 %. Tuloksista havaitaan myös energiankierrätyksellä saavutettava hyöty, sillä ilman energiankierrätystä tarkastellun järjestelmän kaukolämmön kulutus 10 755 MWh ja vuotuiset kokonaisenergiakustannukset 572 474 €/a ovat moninkertaiset verrattuna skenaarioihin, joissa lämpöpumppujen lauhdelämpö hyödynnetään lämmitysverkostoissa. Simulaatioissa tarkastellun järjestelmän kaukolämmön vuotuinen kulutus on 3628 – 3704 MWh ja vuotuiset kokonaisenergiakustannukset 316 344 – 319 532 €/a. Energiankierrätyksen vuosihyötysuhteen (0,71 – 0,716) tarkastelussa käyttöveden lauhteen vastaanottopotentiaali on yksinkertaistettu. Simulointien perusteella säätökäyrien ja verkostojen lähtevän veden lämpötilan asetusarvoa muokkaamalla voidaan saavuttaa selvä kasvu radiaattori-, IV-lämmitys- ja pihasulatusverkostoissa hyödynnettävän lauhteen yhteenlasketussa määrässä: 4504 MWh:sta 4958 MWh:iin. Energiankierrätyksen hyötysuhde on parhaimmillaan lämmitysverkostojen lähtevän veden asetuslämpötilan ollessa yhtä suuri tai pienempi kuin lämpöpumpuilta lähtevän veden lämpötila. Simulaatiomallia on mahdollista hyödyntää järjestelmän toimintakokeissa ongelmanratkaisuun sekä järjestelmän viritykseen. Tässä työssä kehitetty malli toimii yhtenä esimerkkinä siitä, kuinka talotekniikan primäärijärjestelmiä on mahdollista simuloida ja toiminta eri kuormitustilanteissa todentaa ennen todellisen järjestelmän käyttöönottoa.

The aim of this work is to study and verify the operation of an energy recycling system in KSSHP Hospital Nova. To this end, a simulation model was built using MATLAB Simscape, which enabled the creation of a dynamic simulation model describing the real-world system. The heating and cooling loads of the system attained through dynamic simulation agree with the calculated initial data. The model’s condense heat flows differ significantly between the initial data and simulations: condense heat flow to the ventilation heating networks increased 33 – 52 % but decreased 33 – 36 % and 33 – 35 % in the radiator heating network and the snow melting network, respectively. The simulation results clearly demonstrate the significance of energy recycling: if no energy recycling operation is present, the consumption of district heat (10 755 MWh) and energy costs (572 474 €/a) are multiple times higher compared to the system with energy recycling capability. In simulations the annual district heat consumption varies from 3628 MWh to 3704 MWh and the annual total energy costs vary from 316 344 €/a to 319 532 €/a. The annual total efficiency of the energy recycling system varies from 0.71 to 0.716, but the domestic water heating network’s potential to receive condense heat is simplified. The simulation results also showcase that the control curve of a heating network’s departing temperature has a significant effect on the energy recycling system’s energy performance. Altering of control curves and adjusting of the setpoint temperatures increases the combined amount of recycled condense heat in ventilation heating, radiator heating and snow melting networks from 4504 MWh in simulation Case 1 to 4958 MWh in simulation Case 4. The energy performance is highest when the heating network’s setpoint temperature for the departing water is equal or lower than the condense heat temperature of the system’s heat pumps. The simulation model can be used in the real-world system’s operation tests to track down issues and to tune the system. The model developed in this work illustrates how buildings’ energy systems can be simulated and how the systems’ operation can be verified prior to real-world tests.

Description

Supervisor

Virtanen, Markku

Thesis advisor

Idman, Tapani

Keywords

energiasimulointi, energiatehokkuus, dynaaminen simulointi, energiankierrätys

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202005243230

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG