Älykäs kuivanapitolämmitys

Abstract

Suomessa on tuhansia vapa-ajan asuntoja, joiden lämmittämiseen käytetään useita megawattitunteja energiaa etenkin talviaikaan. Rakennuksien kunnossa pysymisen kannalta lämmittäminen on tarpeellista. Tyhjillään olevia rakennuksia pidetään usein turhan lämpimänä, vaikka rakennus olisi mahdollista pitää kunnossa huomattavasti pienemmällä lämmittämisellä ja energiankulutuksella. Lämmittämisellä halutaan vaikuttaa enimmäkseen rakennuksessa vallitsevaan suhteelliseen kosteuteen ja estää jäätymisestä aiheutuvat vahingot.

Energian kulutusta on mahdollista pienentää niin kutsutuilla kuivanapitolämmitysjärjestelmillä. Kuivanapitolämmitysjärjestelmän ideana on pitää tyhjillään oleva rakennus kunnossa mahdollisimman pienellä energiankulutuksella.

Rakennuksen kunnossa pysymiseen vaikuttavien olosuhteiden raja-arvoja on määritetty pitkälti perustuen Tampereen yliopistossa tehtyihin tutkimuksiin. Tärkeimmät aiheeseen liittyvät tutkimukset käsittelevät homeen kasvuun vaikuttavia olosuhteita ja vakioteholämmitysjärjestelmän käyttämistä kuivanapitolämmityksessä.

Turun yliopiston omistamassa Seilin saaressa tutkittiin mahdollisuuksia vähentää saaren rakennuksien energiankulutusta. Kuivanapitolämmitysjärjestelmää pidettiin yhtenä ratkaisuna energian kulutuksen vähentämiseksi. Kuivanapitolämmitystä testattiin saaressa sijaitsevissa vapaa-ajan asunnoissa. Tutkimusta varten suunniteltiin ohjausmalli automatisoidulle kuivanapitolämmitysjärjestelmälle, ja järjestelmä toteutettiin käytännössä logiikkapohjaisella ohjausjärjestelmällä. Rakennuksista kerättiin tietoa olosuhteista ja järjestelmän toiminnasta koko testijakson ajalta.

Opinnäytetyössä esitellään ohjausmalleja automatisoidun kuivanapitolämmitysjärjestelmän toteuttamiseksi, testijärjestelmän rakenne ja toiminta sekä tutkimuksesta saadut tulokset. Opinnäytetyön tarkoituksen on lisätä kiinnostusta kuivanpitolämmitysjärjestelmiä kohtaan sekä lisätä tietoa niiden käyttämisestä ja toteuttamisesta.

Saadut tulokset osoittavat, että kuivanapitolämmitysjärjestelmällä saavutetaan merkittäviä energiasäästöjä. Energiasäästöt suhteessa ohjausjärjestelmän hintaan ovat huomattavia. Tämän lyhyen testijakson aikana rakennuksissa ei havaittu liiallista kosteutta tai muita rakennuksen kuntoa heikentäviä ilmiöitä.

There are thousands of cottages, cabins and holiday apartments in Finland. These types of buildings are mostly used during the summertime. Empty buildings are usually kept in unnecessary high temperatures, although, with the right heating solution, lower temperatures could be enough to keep buildings in good condition: The main reasons for heating are to keep humidity levels low and prevent water pipes from freezing.

With an automated heating system, it is possible to save energy by monitoring the temperature and humidity levels and using these measurements to safely drop the temperature inside the building. A lower temperature uses less energy. This thesis describes some possible heating solutions for off seasonal use.

A research made at University of Tampere (TTY) defines the critical temperature and humidity conditions for different construction materials. This research was used to define the critical limits for automated heating systems. TTY has also researched heating solutions for off seasonal use. Base idea for the automated heating systems described in this thesis comes from this research made at TTY. The research used small heaters at constant power to keep the inside temperature a few degrees above the outside temperature. This difference between the inside and outside temperatures is enough to keep the humidity level low.

University of Turku owns many old buildings in Island of Seili. Energy consumption at the property is high and most of the energy is used for heating. University of Turku was interested in finding ways to decrease the energy consumption. Specific automated heating systems were designed, built and tested in 120 m2 houses in Seili. The goal of these heating systems was to lower the temperatures used in empty buildings. The conditions were measured by adding sensors to the critical areas of the house. Data was collected from the behavior of the systems and the humidity and temperature conditions were measured inside and outside of the buildings.

This thesis describes the used control models, design of the system and measurement data. The results show that by using these systems it is possible to gain high energy savings. During the measurement period, the temperature and humidity conditions sustained under critical areas. Energy savings took place mostly during the wintertime when energy demand in Finland is the highest. The measurement period was short and homogeneous, but the results were promising.