Ilma-vesi- ja maalämpöpumpun fuusioiminen ja energiatehokkuuden optimointi
Rontti, Aappi (2022)
Rontti, Aappi
2022
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202205047165
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202205047165
Tiivistelmä
Insinöörityön tarkoituksena oli tutkia laskennallisesti, voiko ulkoilmaa käyttää maalämpöpumpun tai ilma-vesilämpöpumpun ja maalämpöpumpun yhdistelmän energian lähteenä. Työn tavoitteena oli selvittää, voiko ulkoilmasta saatavan energian avulla parantaa maalämpöpumpun hyötysuhdetta etenkin käyttöveden valmistuksessa. Lisäksi tavoitteena oli saada laskelmien kautta selville, kuinka paljon ulkoilmasta voitaisiin saada energiaa siten, että tarvittavaa lämpökaivomäärää pystyttäisiin vähentämään olennaisesti ja tätä kautta pienentämään järjestelmän investointikustannuksia.
Työ tehtiin pääasiallisesti käyttämällä Excel-taulukkolaskentaohjelmaa, johon tuotiin lämpöpumppujen toimintatiedot sekä Jyväskylän lämpövyöhykkeen ilmastotiedot. Ilmastotietojen ja mallirakennusten ominaisuuksien perusteella määriteltiin tarvittavat energiantarpeet sekä rakennusten tunnittaiset lämmitystehontarpeet. Laskenta tehtiin mahdollisimman todenmukaiseksi käyttämällä lämpöpumppujen todellisia toiminta-arvoja. Laskennassa tarvittavat keruuliuoksen lämpötilat saatiin lämpökaivojen mitoitusohjelma EED:stä esimerkkirakennusten energiankulutusten perusteella.
Työssä vertailtiin kolmea erilaista kombinaatiota. Ensimmäisessä tapauksessa ilma-vesilämpöpumppu toimi maalämpöpumpun rinnalla lämmöntuottajana, toisessa keruuliuoksen esilämmittimenä. Kolmannessa tapauksessa keruuliuosta lämmitettiin ainoastaan ilma-vesilämpöpumpun puhallinyksiköllä, jossa on puhallin sekä lämmönsiirrin. Työssä tehtiin referenssilaskenta pelkällä maalämpöpumpulla, johon kombinaatioiden tuloksia vertailtiin. Laskelmissa tehtiin myös takaisinmaksuaikavertailu.
Laskennan tuloksista voitiin päätellä, että pelkkänä hyötysuhteen nostajana ilma-vesi- ja maalämpöpumpun yhdistäminen ei ole kannattavaa. Tuloksista selvisi, että ilma-vesilämpöpumppua ja puhallinyksikköä voitaisiin kuitenkin käyttää riittävän lämpimällä ulkoilmalla maalämpöpumpun ensisijaisena lämmönlähteenä. Tällöin lämpökaivosta vuoden aikana otettava energia vähenee, ja lämpökaivometrejä voidaan täten vähentää. Takaisinmaksuaikavertailussa ainoastaan puhallinyksikkökombinaation takaisinmaksuaika oli kilpailukykyinen referenssiasetelmaan verrattuna.
Insinöörityön tuloksia voidaan käyttää ponnahdusalustana mahdollisille käytännön kokeille sekä tuomaan ideoita uusista tavoista tuottaa lämmitysenergiaa maalämpöpumpun avulla; esimerkiksi laskennassa aurinkoenergian käytöstä maalämpöpumpun lämmönlähteenä.
Työ tehtiin pääasiallisesti käyttämällä Excel-taulukkolaskentaohjelmaa, johon tuotiin lämpöpumppujen toimintatiedot sekä Jyväskylän lämpövyöhykkeen ilmastotiedot. Ilmastotietojen ja mallirakennusten ominaisuuksien perusteella määriteltiin tarvittavat energiantarpeet sekä rakennusten tunnittaiset lämmitystehontarpeet. Laskenta tehtiin mahdollisimman todenmukaiseksi käyttämällä lämpöpumppujen todellisia toiminta-arvoja. Laskennassa tarvittavat keruuliuoksen lämpötilat saatiin lämpökaivojen mitoitusohjelma EED:stä esimerkkirakennusten energiankulutusten perusteella.
Työssä vertailtiin kolmea erilaista kombinaatiota. Ensimmäisessä tapauksessa ilma-vesilämpöpumppu toimi maalämpöpumpun rinnalla lämmöntuottajana, toisessa keruuliuoksen esilämmittimenä. Kolmannessa tapauksessa keruuliuosta lämmitettiin ainoastaan ilma-vesilämpöpumpun puhallinyksiköllä, jossa on puhallin sekä lämmönsiirrin. Työssä tehtiin referenssilaskenta pelkällä maalämpöpumpulla, johon kombinaatioiden tuloksia vertailtiin. Laskelmissa tehtiin myös takaisinmaksuaikavertailu.
Laskennan tuloksista voitiin päätellä, että pelkkänä hyötysuhteen nostajana ilma-vesi- ja maalämpöpumpun yhdistäminen ei ole kannattavaa. Tuloksista selvisi, että ilma-vesilämpöpumppua ja puhallinyksikköä voitaisiin kuitenkin käyttää riittävän lämpimällä ulkoilmalla maalämpöpumpun ensisijaisena lämmönlähteenä. Tällöin lämpökaivosta vuoden aikana otettava energia vähenee, ja lämpökaivometrejä voidaan täten vähentää. Takaisinmaksuaikavertailussa ainoastaan puhallinyksikkökombinaation takaisinmaksuaika oli kilpailukykyinen referenssiasetelmaan verrattuna.
Insinöörityön tuloksia voidaan käyttää ponnahdusalustana mahdollisille käytännön kokeille sekä tuomaan ideoita uusista tavoista tuottaa lämmitysenergiaa maalämpöpumpun avulla; esimerkiksi laskennassa aurinkoenergian käytöstä maalämpöpumpun lämmönlähteenä.