Energy Efficient Design of District Heating Substations

Abstract

Abstract: A certification system and point-based labelling system for district heating substations called Eco-efficient substation is about to be released in Europe. In this thesis, the potential benefits of the standardization were evaluated in terms of market fairness and transparency. A fictional building was specified and annual energy saving potential was calculated for each category that entitle to points in the labelling system. In the calculations, Finnish minimum requirements specified in regulations, were used as a reference to determine how much energy, or in some cases, costs, can be saved annually by designing energy efficient substations with the best level Eco-efficient substation labelling standard. A saving potential of 3.3 % annual energy consumption was determined for the example building. An 8.6 % annual cost saving in district heating was also determined, this including both direct, and indirect costs. The standardization system was concluded to have a potential positive environmental impact, as well as a strong possibility to improve market fairness. Cost and energy savings were noted to be positive for both the substation customer and the district heat provider. As part of this thesis I have produced a web-browser based software. The software compiles a tender specification where the dimensioning values and user-chosen substation functions are presented with the corresponding Eco efficient substation label. The software is designed to help consultants understand the Eco-efficient substation concept, to calculate the correct label for a substation, and to compile the information into a technical specification to use in the tenders. Basic instructions on how to use this tool, and how it works play a part in this document.

Sammandrag: En poängbaserad certifiering och märkning av fjärrvärmecentraler har utvecklats i Europa. Standarden heter Eco-efficient substation och den kommer inom kort att tas i bruk i Europa. I detta examensarbete har eventuella fördelar med standardiseringen studerats med tanke på rättvisa samt genomskinlighet inom marknaden. En exempelbyggnad fastställdes och uträkningar utfördes för energikonsumptions besparingar, samt i vissa fall kostnadsbesparingar. I uträkningarna jämfördes en fjärrvärme undercentral med maximala Eco-efficient substation poäng med en undercentral som endast uppfyller minimikraven i Finland. En årlig potentiell energibesparning på 3,3 % kunde fastställas för undercentralen med fulla Eco-efficient substation poäng. En besparning på 8,6 % i indirekta, samt direkta, fjärrvärmekostnader kombinerade kunde även anses mycket sannolik. Standardisering kunde också anses ha en positiv miljöinverkan samt en stor sannolikhet att kunna påverka marknadsrättvisan positivt. Ekonomiska och energiekonomiska fördelar kunde fastställas ha en positiv inverkan för både fjärrvärme kunder samt fjärrvärme leverantörer. Som en del av detta examensarbete har jag producerat ett webläsarbaserat program, som räknar ut Ecoefficient poängen, samt märkningen på basis av valda värden och funktioner för undercentralen. Programmet fogar ihop informationen till ett dokument som planeraren kan använda i offertförfrågningen som del av tekniska specificationen för undercentralen. Basinstruktioner samt funktionsprinciper för detta program finns beskrivna i detta examensarbete.

Tiivistelmä: Euroopassa otetaan kohta käyttöön lämmönjakokeskusten sertifiointi- sekä energiamerkintäjärjestelmä nimeltään Eco-efficient substation. Merkinnän taso määräytyy pisteillä, joita kertyy parantamalla lämmönjakokeskuksen energiatehokkuutta käyttämällä tiettyjä mitoitusparametrejä sekä lisäämällä tiettyjä toimintoja. Tässä opinnäytetyössä on selvitetty voiko tämä standardisointi- ja merkintäjärjestelmä vaikuttaa positiivisesti markkinoiden läpinäkyvyyteen ja oikeudenmukaisuuteen. Lisäksi on suoritettu laskenta jossa määritetään esimerkkitalon energian-, sekä joissain tapauksissa kulunsäästöpotentiaali vertaamalla kahta tapausta. Yhdessä tapauksessa talossa on lämmönjakokeskus joka ainoastaan täyttää suomen minimivaatimukset, ja toisessa tapauksessa lämmönjakokeskus on oikeutettu maksimi Eco-efficient substation pisteisiin. Energiansäästöpotentiaalin todettiin olevan 3,3 % tapauksessa jossa oli maksimi Eco-efficient substation pisteet. Lisäksi todettiin että 8,6 % säästöpotentiaali on todennäköinen kaukolämpöön liittyvissä, epäsuorissa ja suorissa kuluissa yhteensä. Energiamerkintäjärjestelmän todettiin pitävän sisällään etuja joista hyötyy sekä kaukolämmön toimittaja, että asiakas. Myös positiivinen vaikutus markkinoiden oikeudenmukaisuuteen sekä ympäristövaikutuksiin pystyttiin toteamaan. Osana opinnäytetyötä olen tehnyt selainpohjaisen ohjelman. Ohjelman tarkoitus on laskea oikea Eco-efficient substation merkintä annettujen mitoitusparametrien sekä valittujen toimintojen perusteella. Tämän jälkeen ohjelma kokoaa mitoitustiedot tekniselle erittelylle kytkentäkaavion kanssa, ja tätä dokumenttia suunnittelija voi käyttää osana työselitystä tarjouspyyntövaiheessa.