Lämmitysverkostojen tarkastelulla parannusta sisäolosuhteisiin ja energian käyttöön TAMKin päätalossa

Abstract

Opinnäytetyössä selvitettiin Tampereen ammattikorkeakoulun Kuntokadun kampuksen päätalon lämpöverkostojen ja ilmanvaihdon lämmityspiirin tilaa. Opinnäytetyön yhteydessä tehtiin verkostojen perussäätö sekä pumppujen säädöt. Myös lämmityksen säätökäyrät ja ilmanvaihdon lämmityspattereiden säätökäyrät tutkittiin ja muutettiin vastaamaan alkuperäisiä asetuksia. Säätökäyrät eivät vastanneet suunnitelmia. Pattereiden termostaattisista venttiileistä suureen osaan oli asetettu väärä esisäätöarvo. Verkostojen virtaamat eivät olleet suunnitelman mukaisia, ja kaksi patteriverkostoa oli kytketty ristiin.

Rakennuksen energiankäyttöä simuloitiin Ilmatieteen laitoksen nykyilmaston testivuoden tietojen perusteella. Simuloinnilla saatiin tietoa säätö- ja muutostöiden vaikutuksista rakennuksen energiankäyttöön. Ilmanvaihtokoneiden tuloilman lämmityskäyrien säädöllä saavutettiin simuloinnin perusteella 30 MWh:n vuotuinen energian säästö. Patteriverkostojen paluuveden lämpötilaa ei tunnettu, joten simuloinnin perusteella näyttäisi siltä, että rakennus käyttää säädön jälkeen energiaa enemmän kuin ennen perussäätöä. Simulointi ei kuitenkaan ottanut huomioon ulkoisten lämpökuormien vaikutusta eikä termostaattisten patteriventtiilien huonelämpötilan rajoitusta. Huonelämpötilojen mittausten perusteella perussäädöllä saavutettiin 100 MWh:n vuotuinen energian säästö.

Työssä tutkittiin myös lämmityspatterien lämmönluovutuskykyyn vaikuttavia tekijöitä. Patterit oli mitoitettu 80/60-verkostoon. Rakennusautomaation säätö toimii kuitenkin 70/40-verkoston mukaisilla toiminta-arvoilla. Suurimmat patterin lämmönluovutuskykyyn vaikuttuvat tekijät ovat patterin keskimääräinen lämpötila sekä lämmönluovutukseen käytettävissä oleva pinta-ala. Keskimääräisen lämpötilan pudottaminen mitoituslämpötilasta käytettyyn lämpötilaan pienentää lämmönluovutuskykyä yli 40 %.

Säätötyön tuloksena tuloilma on viileämpää, jolloin se sekoittuu paremmin huoneilmaan kuin aikaisemmin. Luokka- ja työhuoneisiin saatiin aikaisempaa tasaisemmat lämpötilat, ja käytävienkin lämpötilat alenivat.

Lämmitysverkostojen energiatehokkuutta voitaisiin edelleen parantaa esimerkiksi vaihtamalla lämmitysverkostojen pumput taajuusmuuttajakäyttöisiin ja muuttamalla verkosto toimimaan vakiopaine-ero-ohjattuna. Lisäksi olisi hyödyllistä tutkia, ovatko nykyiset patterit selvästi ylimitoitettuja, jolloin patteriverkoston virtaamia voitaisiin pienentää.

This bachelor’s thesis investigated the state of the heating systems of the main building in the Kuntokatu campus area of Tampere University of Applied Sciences. The investigation included both radiator heating systems and air heating systems. During the process of the thesis the heating lines and pumps were adjusted to the planned working values. The adjustment diagrams of heating and air heating were also controlled and reset to their original values. The adjustment diagrams did not correlate with the original plans. Most of the thermostatic radiator valves had wrong pre-set values. Water flows were set to wrong positions and two heating systems were connected together in a wrong way.

The energy consumption of the main building was simulated on the basis of the data from the test year of contemporary climate by Finnish Meteorological Institute. The simulation gave data on how the adjustments and changes affected the energy consumption of the building. The simulation showed that adjusting the heating of the incoming air of the ventilation system to planned values gave 30 MWh annual savings. In radiator heating systems, the temperature of the return water was not known. Counted from the decreased indoor temperature, the adjustment work gave 100 MWh savings in the radiator systems.

The thesis also investigated the factors that affect the heat transfer capability of the heating radiators. The radiators were rated for 80/60 system. However, the adjustment of the building automation is rated for the values of 70/40 system. The main factors in the heat transfer capability of the radiators are the average temperature of the radiator and the surface area available for heat transfer. Decreasing the average temperature of the radiator from the rated to the one used in the automation system, diminished the heat transfer capability by more than 40 %.

As a result, the supply air is cooler than before, so it blends better with the indoor air. In classrooms and offices the temperatures are now more equable and also the temperatures in the corridors are lower than before.

Energy efficiency could be improved by changing the heat pumps to the ones driven by variable speed and have the system controlled by differential constant pressure. A further study could be carried out to see if the radiators in the system are oversized, in which case the flow rates could be lowered.