| Popis: |
Alati kiristyvät vaatimukset, energiamarkkinoiden muutokset sekä kiinnostus energiankulutusta ja energiatehokkuutta kohtaan luo jatkuvaa tarvetta erilaisille energiatarkasteluille. Tässä työssä tarkastellaan simulointipohjaisen optimointimenetelmän hyödyntämistä rakennusten energiatarkastelujen yhteydessä. Menetelmää tarkastellaan hyödyntäen sekä kirjallista tutkimuskenttää että rakentamalla laskentatapaus, jossa menetelmää hyödyntäen on tarkoitus etsiä maalämpöjärjestelmälle kustannusoptimaalinen tehomitoitus. Työn tarkoituksena on tarkastella mitä eri tekijöitä rakennusten energiatarkasteluissa tulisi huomioida ja miten eri tekijät vaikuttavat menetelmän tuottamiin tuloksiin. Rakennusten energiankulutus koostuu rakennuksen sisätilojen, ilmanvaihdon ja käyttö veden lämmitys- ja jäähdytystarpeista sekä eri taloteknisten järjestelmien, kuten LVI-järjestelmien, valaistuksen ja kuluttaja laitteiden sähköenergiankulutuksista. Energia rakennusten käyttöön voidaan tuoda ulkopuolisena ostoenergiana tai tuottaa paikan päällä lähiympäristössä saatavilla olevien energiavirtojen avulla. Tärkeimpiä rakennusten energiankulutukseen vaikuttavia tekijöitä ovat ympäristön sääolosuhteet, rakennuksen ulkokuoren ja taloteknisten järjestelmien ominaisuudet, rakennuksen käyttö ja rakennuksen käyttäjien toiminta sekä sisäilmasto-olosuhteet. Näiden eri tekijöiden välinen vuorovaikutus toisiinsa sekä itse rakennukseen muodostaa monitahoisen kokonaisuuden, joka määrittelee rakennuksen todellisen energiankulutuksen. Simulointipohjaisessa optimoinnissa ratkaisunetsintäprosessia on automatisoitu yhdistämällä optimointialgoritmien käyttö, rakennusten energiatarkastelujen apuna käytettävien simulointiohjelmien yhteyteen. Prosessin tarkoituksena on löytää tarkasteltavalle ongelmalle asetettujen lähtötietojen ja tarkastelun tavoitteiden suhteen optimaalisin ratkaisukokonaisuus tai joukko kokonaisuuksia. Tässä työssä suoritetussa simulointipohjaista optimointia hyödyntävässä laskentatarkastelussa tutkittiin maalämpöjärjestelmän kustannusoptimaalista tehomitoitusta. Tarkastelun yhteydessä tutkittiin laskennan lähtötietojen vaikutusta menetelmän tuloksiin rakentamalla kuusi vertailutapausta, joissa laskennan lähtötietoja muutettiin laskennassa käytettävän säädatan, rakennukselle määritetyn käyttötarkoituksen sekä mitoitettavan maalämpöjärjestelmän jäähdytyskäytön huomioimisen osalta. Lisäksi kustannusoptimaalisen tehomitoituksen löytymistä vertailtiin muuttamalla kustannuslaskennassa käytettävää korkokantaa. Tarkastelujen tuloksena päädyttiin tulokseen, jossa kustannusoptimaalisin tehomitoitus kyseiselle rakennukselle vaihteli käytetyistä lähtötiedoista riippuen keskimäärin 32–55 kW välillä, mikä vastaa noin 27–50 % osatehomitoitusta suhteessa rakennukselle mitoitettuun lämmityksen huipputehontarpeeseen. Käyttämällä simuloinneissa keskimäärin hieman lämpimämpää säädataa optimaalisin mitoitus kohdistui hieman alhaisemmalle tehoalueelle, kun taas rakennuksen käyttötarkoituksen muutos toimistorakennuksesta kuntosaliksi kasvatti optimaalista tehomitoitusaluetta. Jäähdytyskäytöllä puolestaan todettiin olevan tarkastelujen suhteen hyvin pieni vaikutus tehomitoitukseen, sillä Suomen ilmasto-olosuhteissa jäähdytystarvetta suhteessa lämmitystarpeeseen kertyy hyvin vähän, jolloin myös jäähdytyskäytön vaikutus maalämpöjärjestelmän toimintaan jää merkityksettömäksi verrattuna lämmityskäyttöön vaikutuksiin. Kustannuslaskennassa käytetyllä korkokannalla oli vaikutus ainoastaan kustannustason sijoittumiseen. Suurin tehomitoitus maalämpöjärjestelmälle saatiin, kun rakennuksen käyttötarkoitus asetettiin kuntosaliksi. Tällöin optimaalinen teho maalämpöpumpulle oli 54,94 kW, jolloin järjestelmän investointikustannukset olivat 3 % korkokannalla 45 998 €. Pienin tehomitoitus saavutettiin, kun simuloinnissa käytettiin TRY2030 säädataa, jolloin lämpöpumpun tehoksi saatiin 32,35 kW ja investointikustannuksiksi 8 % korkokannalla 29 477 €. |
