Koulurakennuksen kalliojäähdytys

Abstract

Insinöörityön aiheena on koulurakennuksen kalliojäähdytyksen vaihtoehtoratkaisujen vertailu. Työn tarkoituksena oli kehittää vaihtoehtoinen kallioperää hyödyntävä jäähdytysjärjestelmä jo suunnitellun lämpöpumppua hyödyntävän vaihtoehdon rinnalle. Kehitetyn järjestelmän ja lämpöpumppujärjestelmän välillä tehtiin vertailu, jossa huomioitiin järjestelmien erot investointikustannusten, energiankulutuksen, primäärienergiankulutuksen ja käyttökustannusten välillä.

Lähtökohtana kehitetylle järjestelmälle oli se, että järjestelmän avulla pyritään tuottamaan lämpöenergiaa jäähdytysenergian lisäksi. Kehitetyssä järjestelmässä lämpöpumppua ei ole, vaan haluttu lämmitysenergia pyritään tuottamaan muulla tavoin.

Energiankulutusta järjestelmien välillä tutkittiin laskemalla järjestelmän eri laitteiden energiankulutukset käyttöajat huomioiden. Energiankulutuksia varten mitoitettiin tarvittavat laitteet. Tämän lisäksi laskennat suoritettiin myös erilaisilla käyttöajoilla.

Työn tuloksena kehitettiin kallioperää hyödyntävä jäähdytysjärjestelmä, jonka avulla voidaan tuottaa lämpöenergiaa koulun keittiön tuloilmakoneen lämmöntalteenotto-järjestelmään. Samalla saavutetaan tilanne, jossa kalliopiirin kiertonestettä voidaan jäähdyttää talviaikana.

Energiankulutuksia tarkasteltaessa lämpöpumppua hyödyntävä järjestelmä osoittautui enemmän kuluttavaksi, mutta samalla myös kyseisestä järjestelmästä saadaan lämpöenergiaa merkittävästi enemmän hyödyksi. Investointikustannuksissa erot osoittautuivat varsin pieneksi. Lämpöpumppu lisää toisen järjestelmän investointikustannuksia, mutta ilman lämpöpumppua toimiva järjestelmä puolestaan vaatii suuremman kallioreikämäärän, joka aiheuttaa kustannuksia. Tutkittujen seikkojen perusteella voidaan todeta, että lämpöpumpulla varustettu järjestelmä on suunniteltua ilman lämpöpumppua toimivaa järjestelmää parempi.

The subject of the final year project was to compare bedrock-based alternative cooling systems in a school building. The purpose was to plan a solution comparable to the system with a heat pump, taking into account the differences in investment costs, energy consumption, primary energy consumption and operating costs. The goal was to plan a system to produce heat energy and cooling energy without a heat pump.

The main components for each system were dimensioned in the beginning. The energy consumption between the various systems was examined by calculating the energy consumption for each system device according to the operating times.

The outcome was a bedrock-based cooling system, which produces heat energy at the same time. The energy is put into use in the heat recovery system of the school kitchen air handling unit. This will allow chilling of the fluid circuit in the bedrock during wintertime.

The results of examining the energy consumption showed that the heat pump system uses more energy, but at the same time the system provides more heat energy than the system without a heat pump. The difference between investment cost shows that the heat pump system is more expensive because of the heat pump cost. On the other hand the system without a heat pump requires more bore holes, which increases costs. In the end the difference between the investment costs is rather small. In conclusion, the developed bedrock-based cooling system without a heat pump is not as good as the system with a heat pump, when cooling and heating energy are needed alike.