Aurinko- ja kaukolämpöjärjestelmän integrointi asuinkerrostalossa

The objective of this master's thesis is to establish guidelines for planning and description of an integrated heating system. For the guidelines, it is intent to study, for example, the economy of integration of solar heating and district heating systems. It is also investigated how the integration of solar heating and district heating systems impact on the carbon dioxide emissions of apartment building's energy consumption. In this master's thesis it is used literary research, interviews and TRNSYS 17 simulations. The interviews were made for district heat companies to investigate their opinion on integration. The major results of this study are mainly outcome of simulations. The simulations are made for two NCC's apartment buildings. Both apartment buildings have about 100 m2 of roof mounted solar collectors which were the maximum possible amount of collectors. The amount of annual produced solar heat was around 13 % of the total heat consumption of the apartment building. Nevertheless, the amount of annual produced solar heat per collector area was so low that the integration was not economic. After all, the integration reduced annual carbon dioxide emissions of both apartment buildings' energy consumption. When calculating the reduction of carbon dioxide emissions it was also noticed that integration heated the returning district heat water. And if district heat water returns hotter to the power plant, it will reduce efficiency of electricity production during co-production of heat and electricity. In this study it was noticed that the integration of solar and district heat systems is quite likely uneconomic especially if the price of district heat is much lower in the summertime than in the wintertime. The main reason for integration is then the matter-of-fact that the integration reduces apartment building's annual carbon dioxide emissions if the district heat is not produced with renewable energy resources. While designing the integration of solar and district heat systems, one should take into account that most of produced solar heat is used just for preheating of domestic hot water and under floor heating of bathrooms. In addition, the integration should be taken into account also in building's architectural design.Työn tavoitteena on laatia kaukolämpöön liitetyn asuinkerrostalon aurinkolämpöjärjestelmän suunnitteluohjeet ja järjestelmäkuvaus. Lisäksi tarkoituksena on muun muassa selvittää kaukolämmön varastoinnin sekä aurinko- ja kaukolämpöjärjestelmien integroinnin taloudellisuutta sekä integroinnin vaikutusta rakennuksen energiankäytön aiheuttamiin hiilidioksidipaastoihin. Työssä esitetyt taustatiedot on saatu pääosin kirjallisuustutkimuksen kautta. Poikkeuksena edelliseen on kuitenkin kaukolämpöyhtiöiden suhtautuminen aurinko- ja kaukolämpöjärjestelmien integrointiin, jota on selvitetty kyselyiden avulla. Työn päätulokset laskettiin käyttäen TRNSYS 17-simulointiohjelmaa. Simuloinnit on tehty kahdelle NCC:n mallirakennukselle, joista toinen on pistemäinen asuinkerrostalo ja toinen lamellikerrostalo. Molempien rakennusten kohdalla saatiin kokonaislämmönkulutuksesta keskimäärin 13 % katettua aurinkolämmöllä. Aurinkokeräimet päätettiin sijoittaa talojen katolle 45° -kallistuskulmaan aurinkokeräimien lämmöntuoton maksimoimiseksi. Keräinalaa saatiin mahdutettua molempien talojen katolle noin 100 m2, kun aurinkokeräimille ei ollut erikseen jätetty tilavarausta rakennuksia suunniteltaessa. Aurinkolämmöntuotto keräinalaa kohden jäi kuitenkin sen verran heikoksi, että integroinnista ei tullut taloudellisesti kannattavaa. Kaukolämmön varastointi aurinkolämpövaraajaan todettiin myös käytännössä taloudellisesti kannattamattomaksi kaukolämmön tuntikohtaisesta laskutuksesta huolimatta. Molempien rakennusten vuosittaisesta energiankulutuksesta aiheutuvat hiilidioksidipaastot kuitenkin vähenivät merkittävästi integroinnin johdosta. Näin myös siitä huolimatta, että hiilidioksidipäästöissä otettiin huomioon myös integroinnin aiheuttama kaukolämpöveden paluulämpötilan nousu, joka taas aiheuttaa kaukolämmön ja sähkön yhteistuotannossa sähköntuotannon hyötysuhteen heikentymistä. Aurinko- ja kaukolämpöjärjestelmien integrointia suunniteltaessa kannattaa pitää mielessä, että tuotetusta aurinkolämmöstä vain kymmenkunta prosenttia menee muuhun tarkoitukseen kuin käyttöveden esilämmitykseen tai lattialämmitykseen. Lisäksi integrointi kannattaa ottaa huomioon jo rakennusta suunniteltaessa varaamalla rakennuksen katolle tilaa aurinkokeräimiä varten ja tekniseen tilaan aurinkolämpövaraajaa varten