Pientalon luonnosvaiheen energialaskelmat ja järjestelmävertailut

Abstract

Insinöörityön tavoitteena oli mallintaa luonnossuunnitteluvaiheessa olevan pientalon vuotuinen energiatase tuntikohtaisesti käyttämällä hyväksi Vantaan energialaskennan normaalivuoden säätietoja, FINVAC ry:n sähkönkulutusprofiileja asuinrakennukselle sekä erilaisia excel-pohjaisia laskurityökaluja. Työssä tarkasteltiin myös tapoja vaikuttaa pientalon energiankulutukseen aikaisessa suunnitteluvaiheessa. Tilojen jäähdytysjärjestelmät rajattiin työn ulkopuolelle. Työ toteutettiin teoreettisena tutkielmana ilman konkreettisia mittauksia tai testauksia.

Tarkasteltavaan kohteeseen tehtiin laskelma vuotuisesta energiantarpeesta, sekä vertailtiin erilaisia lämmitystapoja. Lämmitystavaksi valittiin lämpöpumppu, jonka sähkönkulutus arvioitiin tuntikohtaisesti. Kohteeseen laskettiin vuoden joka tunnille kokonaissähkönkulutus taloteknisten laitteiden, valaistuksen sekä kuluttajalaitteiden sähkönkulutuksen summana. Lopuksi laskettiin kohteeseen suunniteltavan aurinkosähköjärjestelmän energiantuotto tuntikohtaisesti. Tuntikohtaista energiatasetta käytettiin aurinkosähköjärjestelmän kannattavuuden arviointiin. Työssä vertailtiin valitun toimittajan kolmea eri kokoista järjestelmää, ja lisäksi tarkasteltiin parasta niistä, kun koko paneelipinta-ala on suunnattu etelään tai puolet siitä itään ja puolet länteen. Kannattavuutta arvioitiin myös tilanteessa, jossa ladattiin sähköautoa säännöllisesti.

Olennaisina tuloksina selvisi, että aurinkoenergiaa hyödyntävän pientalon energiankulutukseen voidaan suunnitteluvaiheessa vaikuttaa esimerkiksi rakennuksen muodoilla, lämpimän käyttöveden varaajan logiikkaohjauksen suunnittelulla tai kuluttajalaitteiden käytön painottamisella aurinkosähkön tuotannon ajankohtiin. Logiikkaohjausta tai kuluttajalaitteiden käytön painotusta ei vielä sovellettu insinöörityön kohteessa. Valitun aurinkosähkötoimittajan optimaalisesti mitoitettu järjestelmä oli kohteessa heikosti kannattava. Etelään suunnattu järjestelmä oli kannattavampi kuin itä–länsi-suuntainen. Sähköauton säännöllinen lataus vähensi optimaalisen järjestelmän takaisinmaksuaikaa noin 5 vuotta. Kohteeseen alun perin liian iso järjestelmä muuttui alun perin sopivimman kokoista järjestelmää kannattavammaksi, kun sähköauton lataus huomioitiin. Ylijäämäsähkön myyntituottojen poistaminen laskelmasta teki aurinkosähköstä kannattamattoman investoinnin. Saatuja tuloksia voidaan hyödyntää jatkossa, kun tarkasteltavan kohteen suunnittelu etenee.

The purpose of this final year project was to model the annual energy balance of a detached house in a draft-planning phase. The methods used were literary review and theoretical calculations without physical measurements or testing.

The annual energy demand of the building was calculated on an hourly basis, comparing different heating options. The total electricity consumption, which became also the total energy consumption, was calculated. Finally, the electricity production of a photovoltaics system was approximated on an hourly basis. The hourly energy balance was used to calculate the profitability of the photovoltaics system. Different systems were compared and the best one was also simulated in different orientations. The profitability was also calculated in a situation where an electrical vehicle was recharged regularly.

The results showed that the most suitable photovoltaics system from the selected supplier was poorly profitable. A south-facing installation was more profitable than a half-east and half-west facing installation. The most suitable for the building when vehicle recharging process was included in calculations was one that was originally deemed too large. Removing the sales profits of surplus solar energy made all photovoltaics systems unprofitable in the calculation period. The results of thesis can be utilized when the design process for the building continues.