Kylmälaitokseen liitettyjen energiakaivojen toiminta ja lauhdelämmön lataaminen kallioperään

Abstract

Opinnäytetyössä tutkittiin pienen myymäläkiinteistön kylmälaitokseen liitettyjä energiakaivoja Rovaniemellä. Tavoitteena oli selvittää, miten käytössä olevien kaivojen lukumäärä vaikuttaa kaivojen toimintaan ja pitääkö kaivojen mitoitusarvo paikkansa. Lisäksi selvitettiin, kuinka pitkään kallioperään ladattu lauhdelämpö säilyy kalliossa eli onko se hyödynnettävissä lisälämmöntuotannossa talven kylmän jakson aikana. Lauhdelämmön lataamista maahan ei ole aikaisemmin juurikaan tutkittu, joten tämä tutkimus antaa tärkeää tietoa maalämmön mahdollisuuksista ja energiatehokkuuden parantamisesta tulevaisuudessa. Työssä perehdyttiin myös maalämpöön, kylmäprosessiin ja energiakaivoihin.

Tutkimuskohteena oleva neljän energiakaivon kokonaisuus on osa Jetitek Oy:n kehittämää nykyaikaista kylmälaitosta. Energiakaivojen toimintaa analysoitiin Excel-taulukkomuodossa olleen aineiston avulla, joka saatiin järjestelmään asennetuilta lämpömittareilta. Aineisto koostui talven, kevään ja kesän mittausjaksoista.

Tämän työn perusteella kylmälaitokseen liitettyjen energiakaivojen lukumäärä vaikuttaa kaivojen lämpötilatasoihin ja toimintaan. Kahdella kaivolla kallioperää ylikuormitetaan eikä energiakaivojen teho riitä laitoksen tarpeisiin kovin pitkäksi aikaa. Kolmella kaivolla vastaavaa ylikuormittumista ei tapahdu, vaan järjestelmä toimii jo lähes optimaalisesti. Neljäs kaivo lisää järjestelmän toimintavarmuutta entisestään. Mitoitusarvo pitää melko hyvin paikkansa, mutta tulevaisuudessa mitoituksessa käytettävää varmuuskerrointa voitaisiin pienentää hieman, sillä laitos toimii hyvin jo kolmella kaivolla. Lauhdelämmön lataaminen maahan osoittautui oletettua kannattavammaksi. Tutkittavissa olosuhteissa kallioperän jäähtyminen takaisin alkuperäiseen lämpötilaan kestää vuosia.

The purpose of this study was to assess the functioning of a set of ground source heat pumps attached to the refrigeration plant of a small retail property in Rovaniemi. The aim was to study how the number of active pumps in the geoexchange system affected the overall performance of the system and how well the rated efficiency values coincided with the measured results. Additionally, the dissipation rate of the condensation heat from the plant stored in bedrock was studied.

The geoexchange system comprising a total of four ground source heat pumps is part of the refrigeration plant developed by Jetitek Oy. The performance of the system and the bedrock temperature levels were studied by analyzing a body of data collected from integral thermometers. The data was collected during the winter, spring and summer seasons.

The measurements showed a correlation between the number of pumps and the performance and reliability of the system. However, increasing the number of pumps from three to four resulted in only a relatively slight improvement, which could allow for a smaller safety factor. Furthermore, the dissipation of heat from bedrock appeared slower than hypothesized.