Designing geothermal and geo-cooling systems for office building

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2013
Major/Subject
LVI-tekniikka
Mcode
Ene-58
Degree programme
Language
fi
Pages
63 s. + liitt.
Series
Abstract
Designing renewable energy source is problematic from the designer's point of view. There are no easily available, clear and comprehensive design manuals for designers to use. When designer cannot dimension systems they do not necessarily use new systems in their designs. The aim of this research was to produce designer's manual for designing geothermal heating and cooling systems for office building. The study investigated the existing design guidance, rules of thumb, and a variety of models. The study examined different design criteria's impact on geothermal field using the model object Strand. Geothermal field's operation was studied with simulation program EED. When designing geothermal and cooling system, the most challenging task to study large geothermal fields' effect on ground. The parameters used in simulation were restriction of output, distance between boreholes and depth of boreholes. Different results were compared to the model object's existing solution. Based on the simulation results one of the situations were optimized and examined and compared to the original system's results. Four different kinds of model circuit diagrams were produced for engineering office's use. Various supplementary energy sources were shown in model circuit diagrams for geothermal heating. Two different kinds of model circuit diagrams for geothermal cooling were shown. The other one is based on passive cooling and the other one for active cooling. Water-cooling unit is used for active cooling. The study shows Finnish laws and regulations that effect on geothermal heating and cooling installation and designing.

Tutkimuksessa ongelmana oli uusiutuvien energialähteiden tuotannon suunnittelu kohteisiin. Uusiutuvien energialähteiden suunnittelulle ei ole olemassa helposti saatavia, tarpeeksi selkeitä ja kattavia suunnitteluohjeita, joihin suunnittelija voisi tarvittaessa tukeutua. Kun suunnittelija ei pysty mitoittamaan järjestelmää, ei välttämättä aloiteta käyttämään uusia järjestelmiä. Tutkimuksen tavoitteena oli tuottaa suunnittelijoille ohjeet maalämpö- ja maakylmäjärjestelmien suunnittelusta toimistorakennuksessa. Tutkimuksessa tutkittiin olemassa olevia mitoitusohjeita, nyrkkisääntöjä ja erilaisia malleja. Tutkimuksessa tutkittiin mallikohteen avulla erilaisten mitoitusperusteiden vaikutuksia maalämpö- ja maakylmäkentän toimintaan. Maalämpö- ja maakylmäkentän toimintaa tarkasteltiin simulointiohjelmalla EED. Maalämpö- ja maakylmäjärjestelmien suunnittelussa oli haasteellisinta tutkia ison maalämpö- ja maakylmäkentän vaikutuksia maaperään. Simuloinnissa muuttujina käytettiin tehorajoitusta, kaivojen valista etäisyyttä ja syvyyttä. Erilaisia tuloksia verrattiin mallikohteen toteutettuun ratkaisuun. Tehtyjen simulointien perusteella mitoitettiin optimoitu tilanne ja tutkittiin sen vaikutuksia lopputulokseen. Työssä tuotettiin neljä erilaista mallikytkentää suunnittelutoimiston käyttöön. Mallikytkennöissä on esitetty erilaisia lisäenergianlähteitä. Lisäksi on esitetty maakylmälle sekä passiivisen järjestelmän, että aktiivisen järjestelmän kytkentä. Aktiivisessa järjestelmässä on käytetty vedenjäähdytyskonetta. Tutkimukseen on koottu maalämpö- ja maakylmäjärjestelmien asennukseen ja suunnitteluun vaikuttavat Suomen lait ja asetukset.
Description
Supervisor
Sirén, Kai
Thesis advisor
Torkki, Antti
Keywords
geothermal heating, maalämpö, geothermal cooling, maakylmä, simulation, simulointi, circuit diagram, mallikytkentä
Other note
Citation