Optimization of purchased energy consumption in residential buildings´ air aandling unit´s preheater by utilizing thermal energy storage systems
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Author
Date
2023-10-09
Department
Major/Subject
Sustainable Energy in Buildings and Built Environment
Mcode
ENG3068
Degree programme
Master's Programme in Advanced Energy Solutions (AAE)
Language
en
Pages
69 + 36
Series
Abstract
The energy market is currently going through an energy production transformation. Weather-dependent green energy plants such as wind- and solar power are replacing present combustion power plants. Green energy production causes more fluctuation in the energy market. To deal with this problem, thermal energy storages are used by energy suppliers to balance the electricity grid and to cut off power peaks. TES solutions are widely studied. However, TES solutions in residential buildings have not received much attention. The objective of this thesis was to find cost-effective TES solutions to optimize purchased energy consumption and to cut off the heating peaks in the AHU without deteriorating the indoor climate. The studied systems were dynamically simulated in IDA ICE simulation software. The simulation model was built according to the Finnish building code, and the simulation results were compared with the target values given in the literature. The simulation model and the life cycle cost (LCC) were analysed through sensitivity analysis. Local Finnish weather data from Helsinki-Vantaa airport observation station was downloaded from the Finnish Meteorological Institute´s open data. The LCC results show that variation in weather input data greatly affects the results. However, the variation in the real rate of interest does not affect the conclusion of this thesis. According to the study, the TES solutions for only preheating outdoor air in the AHU are not cost-effective. The investment costs of TES are economically too high in proportion to the savings the TES makes possible. Further research is required on how TESs can be utilized in residential buildings.Energiamarkkinoilla tapahtuu parhaillaan energiantuotannon muutos. Vihreät energiatuotantolaitokset, kuten tuuli- ja aurinkovoimalat, korvaavat nykyiset polttovoimalaitokset. Vihreän energian tuotanto aiheuttaa enemmän vaihtelua energiamarkkinoilla niiden ollessa voimakkaasti säästä riippuvaisia. Ongelman ratkaisemiseksi energiantoimittajat käyttävät lämpöenergiavarastoja sähköverkon tasapainottamiseksi ja huipputehopiikkien leikkaamiseksi. Lämpöenergiavarastoratkaisuja on tutkittu laajasti. Lämpöenergiavarastoratkaisut asuinrakennuksissa eivät kuitenkaan ole aiemmin saaneet suurta huomiota. Tutkimuksen tavoitteena oli löytää kustannustehokkaita lämpöenergiavarastoratkaisuja, joilla optimoidaan ostetun energian kulutus sekä leikataan ilmanvaihtokoneen esilämmityksen huipputehopiikit sisäilmalaatua heikentämättä. Tutkitut järjestelmät simuloitiin dynaamisesti IDA ICE simulointiohjelmistolla. Simulaatiomalli rakennettiin Suomen rakentamismääräysten mukaisesti ja simulointituloksia verrattiin kirjallisuudessa esitettyihin suunta-arvoihin. Simulaatiomalli ja elinkaarikustannukset analysoitiin herkkyysanalyysin avulla. Paikalliset säätiedot Helsinki-Vantaan lentoaseman sääasemalta ladattiin Ilmatieteen laitoksen avoimesta tietokannasta. Elinkaarikustannuslaskelman tulokset osoittavat sään lähtötietojen vaikuttavan suuresti tuloksiin. Reaalikoron vaihtelulla ei kuitenkaan ollut vaikutusta tutkimuksen johtopäätöksiin. Simuloinnissa saatujen tulosten mukaan lämpöenergiavarastoratkaisut ainoastaan ulkoilman esilämmittämiseksi ilmanvaihtokoneessa ei näyttäytynyt kustannustehokkaana. Lämpöenergiavarastojen investointikustannukset osoittautuivat taloudellisesti liian korkeiksi suhteessa lämpöenergiavarastojen mahdollistamiin säästöihin. Johtopäätösten perusteella lämpöenergiavarastojen hyödyntämisestä asuinrakennuksissa tarvitaan lisätutkimusta.Description
Supervisor
Kosonen, RistoThesis advisor
Kaihua, OssiEklind, Lena
Keywords
thermal energy storage, TES, life cycle cost, LCC, residential building, IDA ICE
