Right-sizing of building cooling systems and cost effects

Rakennusten jäähdytysjärjestelmien huippujäähdytystehon mitoitus perustuu sen sisäisiin ja ulkoisiin lämpökuormiin. Usein kuitenkin mitoituksen epävarmuus saattaa johtaa järjestelmän huippujäähdytystehon kasvattamiseen turhan suureksi verrattuna todelliseen huippujäähdytystarpeeseen. Tätä kutsutaan tarpeettomaksi ylimitoitukseksi. Jäähdytysjärjestelmän tarpeeton ylimitoitus voi heikentää sen toimintaa ja kasvattaa sekä investointi- että käyttökustannuksia. Tässä diplomityössä tutkittiin jäähdytysjärjestelmien mitoitusta ja sen todenmukai-suutta sekä kustannusvaikutuksia. Case-tutkimuksen avulla selvitettiin, kuinka tarkasti jäähdytysjärjestelemien huippujäähdytystehot vastaavat todellisuutta, minkälaisia kustannusvaikutuksia tarpeeton ylimitoitus aiheuttaa ja kuinka todenmukaisempaa mitoitusta voidaan edistää. Työ sisältää kirjallisuuskatsauksen rakennusten jäähdytysjärjestelmistä ja niiden suunnittelusta sekä mitoituksesta. Tutkimusosiossa tutkittiin kahden kohdekiinteistön jäähdytysjärjestelmien jäähdytystehontuotantoa. Järjestelmien toimintadataa tutkittiin kolmen vuoden ajalta. Kohdekiinteistöissä on ollut käytössä Granlund Manager- kiinteistön ylläpidon johtamisjärjestelmä, jonka kautta jäähdytystehontuotto-data saatiin käyttöön. Dataa analysoitiin ja arvioitiin miten tuotettu jäähdytysteho eli todellinen jäähdytystehontarve vastaa jäähdytysjärjestelmän huippujäähdytystehon mitoitusta. Tulosten perusteella voitiin päätellä jäähdytysjärjestelmien tarpeettoman ylimitoituksen suuruusluokka. Tutkittujen kohteiden jäähdytysjärjestelmien ylimitoituskertoimien, eli todellisen jäähdytystarpeen ja mitoitetun huippujäähdytystehon suhteiden todettiin olevan 1,68 ja 2,22. Myös huippujäähdytystehon mitoituksen vaikutusta järjestelmän elinkaarikustannuksiin tutkittiin. Jäähdytysjärjestelmän elinkaarikustannuksissa huomioitiin ne kustannukset, joihin huippujäähdytystehon mitoituksella on vaikutusta. Näitä kustannuseriä olivat putkiston investointi- ja pumppauksen investointi- sekä käyttökustannukset. Myös jäähdytysenergiantuotantotavoista aiheutuneet kustannukset otettiin huomioon. Kustannusvaikutuksia arvioitiin kahdella alkuperäisestä poikkeavalla mitoitusteholla. Kustannusten suhteellista muutosta vertailtiin sekä alkuperäiseen että toisiinsa. Alkuperäisestä 43 % pienemmällä vuoden 2018 huippujäähdytyste-hontarvetta vastaavalla mitoitusteholla saavutettiin jäähdytystavasta riippuen 20 % ja 34 % elinkaarikustannussäästöt. Tätä pienemmällä vuoden 2016 huippujäähdytystehoa vastaavalla mitoitusteholla saavutettiin 30 % ja 40 % elinkaarikustannussäästöt. Lisäksi, työssä esitettiin toimintatapoja todenmukaisemman mitoituksen edistämiseksi.Peak cooling capacity of building cooling systems is based on internal and external heat loads. Often the uncertainty of sizing may lead to unnecessary large peak cooling capacities compared to actual peak cooling demand. This is called unnecessary over-sizing. The unnecessary oversizing of peak cooling capacity can cause impaired function of the system and increase the investment costs and operating costs. In this thesis the sizing of cooling systems and its veracity and effect on the cost impact were studied. It was studied how accurately do peak cooling capacities coincide with real cooling loads, what kind of cost impact does the over-sizing cause and how to encourage right-sizing. This thesis contains a literature review about buildings’ cooling systems and their design and sizing. In the research section the production of cooling power from two cooling systems are studied. The production data was analysed from three years. The data is provided with Granlund Manager- property maintenance management system, which has been used in the case-study buildings. The data was analysed and assessed how well the actual produced cooling power coincided with the peak cooling capacity. Based on the results the magnitude over-sizing of peak cooling capacity was deduced. Over-sizing factors e.g. the ratios between real cooling demand and sized peak cooling capacity for studied cooling systems were found to be 1,68 and 2,22. Also, the impact of sizing of peak cooling capacity on the life-cycle costs was studied. Only those costs were considered which the sizing of peak cooling capacity has an effect on. These costs were the investment costs of piping and pumps and the operating costs of pumping. Also, the costs occurred from producing the cooling energy were included. Cost impacts were studied with two peak cooling capacities different from the original. Relative changes of costs were compared to the original and with each other. With 43 % smaller cooling capacity which corresponds to cooling demand of the year 2018, 20 % and 34 % life-cycle cost savings were achieved depending on the cooling method. With even smaller cooling capacity corresponding to the cooling load of 2016, 30 % and 40% cost savings were achieved. In addition, procedures were presented in order to encourage right-sizing of peak cooling capacity