Maalämpöpumpun COP-arvon selvittäminen ja oppimistehtävien ideointi. Case: Tampereen ammattikorkeakoulun OPI ENEMPI -oppimisympäristö

Abstract

Sähköisen talotekniikan opiskelumahdollisuuksia lisätään Suomessa voimakkaasti eri opintoasteissa. Syynä on niin yleinen sähköisen tekniikan lisääntyminen rakentamisessa kuin pula osaajista. Energiatehokkuustavoitteet Suomessa ja maailmalla kasvattavat kysyntää uusiutuvia energianlähteitä hyödyntäviä lämmitysjärjestelmiä kohtaan.

Maalämpöpumppujen kasvupotentiaali on arvioitu varsin suureksi. Öljylämmityksen varassa olevat miettivät keinoja siirtyä energian hinnan nousuista riippumattomampaan lämmitysmuotoon. Uudisrakentamisessa rakentamismääräykset ohjaavat pois suorasta sähkölämmityksestä kohti energiaomavaraisempia lämmittämistapoja. Kuluttajat kaipaavat puolueetonta tietoa ja neuvontaa erilaisista ratkaisuista ja niiden hyödyistä.

TAMKin energia- ja ympäristötekniikan OPI ENEMPI -oppimisympäristöön on asennettu maalämpöpumppujärjestelmä, jonka avulla opetetaan tuleville insinööreille kylmätekniikkaa ja lämpöpumppujen toimintaa. Lämpöpumpun tekemiseen on tarvittu monipuolista mekaanista, sähköistä ja tietoteknistä osaamista, jota voivat opiskella niin rakennus-, LVI- kuin sähköisen talotekniikankin opiskelijat.

Lämpöpumpuissa on COP-arvo yksi merkittävimmistä kriteereistä arvioitaessa sen hyvyyttä tai taloudellisuutta. Työssäni olen selvittänyt COP-arvon laskemisen mahdollisuuksia oppimisympäristössä olemassa olevilla mittausjärjestelyillä sekä erillisin manuaalisin mittauksin. Lämpökerroin on selkeästi määritelty fysiikassa, mutta sen todellinen ja tarkka mittaaminen ja laskenta on vaikeaa.

Sähkötekniikan opiskelijoita kiinnostaa lämpökertoimeen suoraan vaikuttavan kompressorin sähkönkulutuksen merkitys. Tulevaisuuden älykkäässä sähköverkossa on uusia haasteita, kun lämpöpumppujen määrä kasvaa ja kovimpien pakkashuippujen aikainen lämmitystarve kasvaa. Miten mahdollinen sähkönhinnan porrastus tulee vaikuttamaan lämpöpumppulämmittäjiin? Sen näemme aikanaan.

Studying opportunities of electrical building technologies have been increased sharply in all degree levels in Finland. The reason for this is both a general increase of electronic technology in construction as well as the shortage of skilled employees. Energy efficiency targets in Finland and around the world will increase the demand for renewable energy heating systems.

The growth potential of geothermal heat pumps is estimated to be very high. Those dependent on oil heating systems are thinking of ways to move to more independent forms of heating, not so dependent on price increases. In new construction, building codes are leading away from direct electric heating and towards energy self-sufficient ways of heating. Consumers need neutral information and advice on various solutions and their benefits.

A geothermal heat-pump system has been installed at TAMK's energy and environmental technology based OPI ENEMPI -learning environment. This helps to teach future engineers refrigeration technology and heat pumps in operation. Heat pumps contain versatile mechanical, electronic and information technology, which can be studied by the construction, HVAC and electrical engineering students.

A COP value is one of the main criteria for assessing the efficiency or economy of heat pumps. In my study I have investigated different methods of the COP calculation in the learning environment with the existing metering arrangements and separate manual measurements. We note that the concept of the heat factor is clearly defined in physics, but the true, and accurate measurement and calculation of it is difficult.

Electrical engineering students are interested in the compressor power consumption, which directly affects the heat factor. The future of the smart electricity grid is facing new challenges, when the number of heat pumps is growing and the total need of heating is at its highest level. How will the possible future fluctuation in electricity prices affect those heating with heat pumps? This is something we will see in the near future.