Rakennuksen taloteknisten järjestelmien käytön ja asetusarvojen optimointi

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis

Authors

Date

2017-09-25

Department

Major/Subject

LVI-tekniikka

Mcode

K3008

Degree programme

Energia- ja LVI-tekniikan koulutusohjelma

Language

fi

Pages

104 + 78

Series

Abstract

Olemassa olevalla rakennuskannalla on päärooli energiankulutuksen vähentämisessä Suomessa, koska rakennuskantaa uusitaan Suomessa varsin hitaasti eli vain noin prosentin vuositahdilla. Olemassa olevien rakennusten energiatehokkuutta voidaan parantaa monella eri tavalla esim. uusimalla niiden rakenteita, modernisoimalla niiden taloteknisiä järjestelmiä tai optimoimalla niiden taloteknisten järjestelmien käyttöä. Tämän työn päätavoitteena oli kehittää helppokäyttöinen optimointimalli. Sen avulla rakennuksen taloteknisille järjestelmille löydetään optimaaliset käyttöparametrit tunnetulla käyttöprofiililla, mahdollisimman kustannustehokkaasti ja ilman, että rakennuksen sisäolosuhteet kärsivät. Optimointimallia testattiin case-kohteessa, joka oli Senaatti kiinteistöjen omistama erityislapsille tarkoitettu Oulun Tervaväylän koulu. Optimointimalli perustuu simulointipohjaiseen monitavoiteoptimointiin. Siinä valittu optimointialgoritmi (Pareto-Archieve NSGA-II) yrittää löytää parhaan mahdollisen ratkaisun annetuista vaihtoehdoista, perustuen niiden vaikutuksiin simulointimallissa. Simulointeihin käytettiin IDA-ICE 4.7.1-ohjelmaa (IDA Indoor Climate and Energy) ja optimointeihin MOBO-ohjelmaa (Multi-Objective Building Optimization). Työn pohjalta saatiin toimiva optimointimalli, joka tosin vaatii melko paljon perehtymistä aiheeseen ja käytettäviin ohjelmiin. Case-kohteen tulosten mukaan kohteen tiloja jäähdytetään kesäaikaan nykyisin liikaa. Talvella tilojen lämmityspattereiden tehot eivät ole riittäviä, joten tuloilmaa käytetään tilojen lämmittämiseen. Tilojen ilmamäärät ovat mitoitettu normaalin koulun mukaan, vaikka koulussa on arviolta noin puolet vähemmän ihmisiä kuin normaalissa koulussa ja paljon liikuntarajoitteisia oppilaita. Ilmanvaihtokoneisiin olisi mahdollista ohjelmoida 3/4-tehon vaihtoehto, jolloin tiloihin tuotaisiin vain 3/4 mitoitusilmavirrasta. Ilmanvaihtokoneiden käyttöä järkeistämällä on case-kohteen osalta mahdollista päästä mittaviin kustannussäästöihin. Lisäksi case-kohteen osalta selvisi, että rakennuksen omistaja maksaa yli toteutuneen kulutuksen mukaan kaukolämmön perusmaksua. Kaukolämmön perusmaksu on laskettu energiayhtiön toimesta heti rakennuksen valmistumisen jälkeen. Rakennuksen energiankäyttö on tehostunut erittäin paljon tämän jälkeen, joten olisi syytä suorittaa tarkastuslaskenta.

Existing buildings have a major role in reducing energy consumption in Finland. Mainly because the existing buildings will be completely renewed in Finland very slowly, only at an annual rate about one per cent. The energy efficiency of existing buildings can be improved in various ways e.g. by replacing their structures, by modernizing their HVAC sys-tems or to optimize the use of the HVAC systems. The main objective of this work was to develop an user-friendly optimization model. When operating profile is known the model will find the optimal operating parameters for the building technology systems cost-effectively and without harming the indoor air quality. Optimization model was tested to the Tervaväylän koulu which is a school for children with special needs in Oulu, Finland owned by Senate Properties. The optimization model is based on a simulation-based multi-objective optimization. In the model the selected optimization algorithm (Pareto-Archieve NSGA-II) is trying to find the best possible solutions from the given options which are based on their impact on the simulation model. IDA ICE 4.7.1 software (IDA Indoor Climate and Energy) was used for the simulations and MOBO software (Multi-Objective Building Optimization) for the optimizations. A functional optimization model was produced as a result of the study. It requires quite a lot of familiarity with the topic and with the used programs. According to the results of the case optimization the premises are cooled down too much in the summer time. In the winter time heating radiators cannot provide enough heat to warm the premises and therefore the supply air is used to heat the premises. The amounts of air in the premises are rated for a normal school buildings even though there are approximately half the people of normal school and lots of students which are disabled. Ventilation machines could be programmed a 3/4-power option which would provide premises’ only 3/4 of the design flow. By rationalizing the use of the ventilation machines in Tervaväylän koulu it is possible to achieve significant cost savings. In addition it became clear that the building owner pays probably way too much of the district heating monthly basic fee. District heating basic fee amount was calculated by the energy company immediately after the building was completed. Building’s use of energy has become more efficient after that so a new calculation would be in place.

Description

Supervisor

Kosonen, Risto

Thesis advisor

Reinikainen, Erja

Keywords

energiasimulointi, energiatehokkuus, optimointi, sisäolosuhteet, talotekniset järjestelmät

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201710307334

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG