Asuinkerrostalon maalämpöjärjestelmän optimointi uudis- ja korjausrakentamiskohteissa

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorIkäläinen, Eero
dc.contributor.authorOksanen, Henri
dc.contributor.schoolInsinööritieteiden korkeakoulufi
dc.contributor.supervisorSiren, Kai
dc.date.accessioned2015-01-30T10:03:35Z
dc.date.available2015-01-30T10:03:35Z
dc.date.issued2015-01-26
dc.description.abstractRakennusten energiamääräykset tiukentuvat entisestään tulevaisuudessa vuonna 2010 Euroopan parlamentissa hyväksytyn energiadirektiivin vuoksi. Energiamääräyksien vaatimusten toteuttamiseksi joudutaan rakennuksiin suunnittelemaan energiatehokkaita järjestelmiä, jotka ottavat energiansa uusiutuvista energianlähteistä. Suomessa asuinkerrostaloissa kaukolämpöjärjestelmä on vallitseva lämmitysmuoto, mutta myös maalämmön osuus kasvaa. Maalämmön valinta edellyttää kuitenkin erityisen tarkkaa järjestelmien suunnittelua energiakaivojen ja maaperän välisten lämpövirtojen monimutkaisuuden takia. Energiakaivojen lämmönsiirto monimutkaistuu entisestään, jos energiakaivot asennetaan energiakaivokentäksi. Tällöin kaivot vaikuttavat toistensa toimintaan. Tutkimuksen tavoitteena oli optimoida maalämpö- ja jäähdytysjärjestelmä kolmeen Espoon Leppävaaraan rakennettavaan asuinkerrostaloon. Rakennuksille tehtiin energiasimulointi, jonka tuloksena saatiin selville rakennusten vuotuinen energiakulutus. Vuotuisen energiankulutuksen perusteella rakennuksille mitoitettiin maalämpöpumppu ja energiakaivokenttä. Energiakaivokentän mitoitukseen tarvittavat maaperän ominaisuudet selvitettiin aiemmin tutkimuskohteen maaperään tehdyn TRT–testin tuloksista. Tämän jälkeen maalämpöjärjestelmä optimoitiin elinkaarikustannuksiltaan optimaaliseksi. Optimoinnissa päätösmuuttujina käytettiin lämpöpumpun tehoa, energiakaivojen syvyyttä sekä energiakaivojen lämmönsiirtonesteen massavirtaa. Optimaaliseksi järjestelmäksi valikoitui 100 kW lämpöpumppu, jonka lämmönkeruupiiri koostuu yhdestätoista 99,1 metriä syvästä energiakaivosta, joissa liikkuu lämmönsiirtoneste 3,6 kg/s massavirralla jakautuen tasaisesti kaivojen kesken. Valikoidun järjestelmän takaisinmaksuaika verrattuna kaukolämpöjärjestelmään on 5,7 vuotta, jos kaukolämpöjärjestelmä ei sisällä kaukokylmää. Tämä tarkoittaa, että maalämpöjärjestelmä tuottaa 5,7 vuoden aikana järjestelmän kaukolämpöön verrattuna suuremmat investointikustannukset takaisin vuotuisina ostoenergian kustannussäästöinä. Tämän jälkeen maalämpöjärjestelmä alkaa tuottaa taloudellisesti voittoa. Taloudellinen voitto on kymmenen vuoden tarkastelujakson aikana yli 20 000 € ja kolmenkymmenen vuoden aikana yli 100 000 €. Maalämpö- ja jäähdytysjärjestelmässä on myös vapaajäähdytys, joka edistää energiakaivokentän toimintaa siten, että se lämmittää maaperää kesäaikana. Jäähdytys myös parantaa asuinkerrostalon asukkaiden tyytyväisyyttä kesäajan lämpötilaan.fi
dc.description.abstractEnergy requirements of buildings will be tightened even further in the future, due to the Energy Directive, which approved in European Parliament in 2010. It will be designed energy-effective systems to buildings, which takes their used energy from renewable energy sources, that buildings meet the energy requirements of buildings. District heating is dominant heating system in apartment houses in Finland at the time but share of geothermal is growing up. However, a selection of geothermal imperatives particularly accurate design, because heat flows between boreholes and soil are very complex. Heat transfer will come more complex in the boreholes if boreholes set a borehole field. In that case, boreholes will affect heat transfer of each other. The target of investigation was optimizing of geothermal system into three to be built apartment houses in Leppavaara in Espoo. The energy simulation was made to the buildings and from the result of simulation was gotten yearly energy demand of the buildings. Based on yearly energy demand of the buildings, it was designed a ground source heat pump and a borehole field. Needed features of soil for design of the borehole field were gotten from the result of Thermal Response Test. TRT–test had been made to soil of the building plot. After that the geothermal system was optimized. The variables of the optimizing had power of the heat pump, deep of the boreholes and mass flow of heat transfer fluid in the boreholes. The most optimal system was been selected the 100 kW ground source heat pump from the optimizing. The brine circuit of the system is eleven boreholes which deep are 99.1 meters. The heat transfer fluid in the brine circuit is moved 3.6 kg/s mass flow. The payback time of optimized geothermal system is 5.7 years, if the life-cycle cost of geothermal system is compared with life-cycle cost of district heating without district cooling. This means that the geothermal system generates district heating as compared to higher investment cost of the system back by yearly cost savings in 5.7 years. After that the geothermal system begins to generate profits. The profit is over 20 000 € during the ten years review period and over 100 000 € during the thirty years review period. The cooling is operated on free cooling in the geothermal system. The free cooling is advanced the operation of borehole field in the summer time by to warm soil up. The cooling also improves the satisfaction of inhabitant with temperature in the apartment house in the summer time.en
dc.format.extent104
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/15096
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-201501301818
dc.language.isofien
dc.programmeEnergia- ja LVI-tekniikan koulutusohjelmafi
dc.programme.majorLVI-tekniikkafi
dc.programme.mcodeK3008fi
dc.rights.accesslevelopenAccess
dc.subject.keywordenergiakaivofi
dc.subject.keywordmaalämpöpumpun mitoitusfi
dc.subject.keywordenergiakaivokentän mitoitusfi
dc.subject.keywordoptimointifi
dc.subject.keywordtakaisinmaksuaikafi
dc.subject.keywordelinkaarikustannuksetfi
dc.titleAsuinkerrostalon maalämpöjärjestelmän optimointi uudis- ja korjausrakentamiskohteissafi
dc.titleGeothermal system optimization of residential apartment building in new buildings and renovation projectsen
dc.typeG2 Pro gradu, diplomityöen
dc.type.okmG2 Pro gradu, diplomityö
dc.type.ontasotMaster's thesisen
dc.type.ontasotDiplomityöfi
dc.type.publicationmasterThesis
local.aalto.idinssi50569
local.aalto.openaccessyes
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
master_Oksanen_Henri_2015.pdf
Size:
2.4 MB
Format:
Adobe Portable Document Format