Pientalon simulointiympäristö

Abstract

Tämän työn tarkoituksena oli tuottaa reaaliaikainen pientalosimulaatio lämpöhäviöiden ja lämmöntuottamisen osalta näiden prosessien opetukseen ja havainnollistamiseen. Kohteeksi valittiin olemassa oleva omakotitalo, jonka pohjapiirustukseen ja IV-suunnitelmaan simulointi perustui. Tässä projektissa oikean kohteen lämmönjakototeutus, maalämpö, vaihdettiin kaukolämpöliittymäksi. Taloa lämmitettiin vesikiertoisella patteriverkostolla.

Simulointi toteutettiin tutustumalla termodynamiikan lakeihin ja rakennusteknillisiin määräyksiin eristämisen osalta. Lämpöhäviöt laskettiin reaaliaikaisen ulkolämpötilaseuraamisen avulla Internetistä. Lämpöhäviöiden laskemisessa käytettiin rakennusmääräyskokoelman C3 (2010) mukaisia U-arvoja. Lisäksi mitoituslämpötiloina käytettiin rakennusmääräyskokoelman D5 (2007) mukaisia säävyöhyke I:n arvoja.

Simulointi sisälsi kolme erillistä prosessia: lämmönjaon, ilmastoinnin ja huoneiston. Lämmönjako käsitti kaukolämmön lämmittämät käyttövesi- ja patteriverkoston. Ilmastointi toteutettiin tuloilmakoneella, jossa oli kuutiomallinen lämmöntalteenotto. Huoneiston termodynamiikassa otettiin huomioon seinien, ikkunoiden, ulko-ovien, ala- ja yläpohjien lämpöhäviöt, talon sisäiset lämpövirrat sekä ilmanvaihto.

Opinnäytetyöstä muodostui hyödyllinen työkalu suunniteltuun tarkoitukseen, koulutuksien pitämiseen. Simulointia on myös mahdollista päivittää tulevaisuudessa uusien määräyksien mukaiseksi muuttamalla U-arvoja ohjelmoinnissa. Lisäksi simulointia on mahdollista kehittää nykypäivänä jo käytössä olevan sääennusteeseen perustuvan lämmöntarve-ennusteen piiriin.

The main goal of this thesis was to produce a real-time simulation of a small house concerning the production of heat and heat losses for the purposes of teaching and demonstration. A single-family detached house was chosen provide the layout and the ventilation plan for these simulations. The heating method of the real house (geothermal heating) was switched to district heating. The house was heated using a water-circulated heating battery network.

The simulation was carried out by exploring the laws of thermodynamics and the construction engineering regulations concerning insulation. The heat losses were calculated based on the real-time monitoring of the outside temperature as provided in Internet. U-factors for the heat loss calculations were used according to the construction engineering regulation collection C3 (2010). Additionally, the design temperatures were chosen according to the weather zone I presented in the construction engineering regulations collection D5 (2007).

The simulation consisted of three separate processes: the heat distribution, the air conditioning and the set of rooms. The heat distribution comprised of the heating battery network and the water network. The air conditioning was provided using an air handling unit which had cubic heat recovery. The heat losses from walls, windows, outside doors, and lower and upper bases, the internal heat fluxes and ventilation were taken into account for the set of rooms.

The thesis formed a useful tool for the intended educational purposes. In the future the simulation can be upgraded to be consistent with new regulations by changing the U-factors. Additionally the simulation can be developed further to include the heat requirement projection based on the weather forecast.