Lämpöpumpun hyödyntäminen aurinkokaukolämmön tuotannossa
Karjalainen, Petri (2022)
2022
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202203063132
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202203063132
Tiivistelmä
Tässä opinnäytetyössä on tutkittu Kuopion Energian toimeksiannosta lämpöpumpun käytön kannattavuutta
aurinkokaukolämpökentän tuotannon tehostamiseen. Kuopion Energia rakensi Iloharjuun tyhjiöputkitekniikkaa
hyödyntävän aurinkokeräinkentän vuonna 2020. Keräinkenttä on teholliselta pinta-alaltaan 250 neliömetriä.
Kuopion Energian Iloharjun aurinkokeräinkenttä tuottaa vuorokaudessa lämpöä tietyllä aikavälillä, riippuen
auringon lämpösäteilyn määrästä, joten lämpöpumppu mahdollistaa tasaisen kaukolämmöntuotannon kauko lämpöverkkoon silloinkin, kun aurinkoenergiaa ei saada.
Tutkimus aloitettiin tutustumalla Iloharjun aurinkokaukolämpölaitokseen ja valokuvaamalla prosessia ja lait teistoa. Aurinkokeräinkentän lämpötiladataa ja Ilmatieteenlaitoksen Savilahden mittausasemalta saatua aurin gonsäteilynvoimakkuus dataa analysoimalla saatiin selvitettyä prosessin tärkeimmät toiminnalliset suureet,
joiden perusteella pystyttiin aloittamaan lämpöpumpun kartoitus. Lämpöpumpun valinnassa käytettiin yhteis työkumppanin Oilon Selection Tool:ia. Lämpöpumpun tärkeimmiksi valintakriteereiksi muodostuivat lämpö teho, lämpöpumpun hyötysuhde eli COP, laaja käyttölämpötila-alue, fyysinen koko sekä taloudellinen kannat tavuus. Käyttökustannukset määritettiin eri sähkönhinnoilla ja hyötysuhteilla.
Aurinkokeräinkentän teholliseksi hyötysuhteeksi saatiin 63 %, tehoksi keskimäärin 120 kW. Sopiva lämpö pumppu käyttötarkoitusta varten on Oilon P60 sarjan pumppu, jossa toteutuu hyvä muunneltavuus niin kom ponenttien kuin kylmäaine valikoiman suhteen. Pumpulla saadaan hyvä COP-luku kyseisessä käyttötarkoituk sessa ja se on myös fyysiseltä kooltaan sopiva teknisiin tiloihin. Lämpöpumpulla tuotettavan kaukolämmön
kustannukset vaihtelevat suuresti sähkön hinnan mukaan. Ideaalitilanteessa pumpun ja prosessin oheislaittei den tarvitsema sähköenergia kyetään tuottamaan itse.
Aurinkokeräimillä ja sähköenergian avulla tuotetun kaukolämmön osuus tulee kasvamaan Suomessa tulevai suudessa perinteisen polttamisen avulla tuotetun lämpöenergian osuuden vähentyessä hiilineutraaliutta kohti
mentäessä. Aihealueessa riittää tutkimista mm. keräinjärjestelmien tehostamisessa, talviaikaisen käytön te hostamisessa.
aurinkokaukolämpökentän tuotannon tehostamiseen. Kuopion Energia rakensi Iloharjuun tyhjiöputkitekniikkaa
hyödyntävän aurinkokeräinkentän vuonna 2020. Keräinkenttä on teholliselta pinta-alaltaan 250 neliömetriä.
Kuopion Energian Iloharjun aurinkokeräinkenttä tuottaa vuorokaudessa lämpöä tietyllä aikavälillä, riippuen
auringon lämpösäteilyn määrästä, joten lämpöpumppu mahdollistaa tasaisen kaukolämmöntuotannon kauko lämpöverkkoon silloinkin, kun aurinkoenergiaa ei saada.
Tutkimus aloitettiin tutustumalla Iloharjun aurinkokaukolämpölaitokseen ja valokuvaamalla prosessia ja lait teistoa. Aurinkokeräinkentän lämpötiladataa ja Ilmatieteenlaitoksen Savilahden mittausasemalta saatua aurin gonsäteilynvoimakkuus dataa analysoimalla saatiin selvitettyä prosessin tärkeimmät toiminnalliset suureet,
joiden perusteella pystyttiin aloittamaan lämpöpumpun kartoitus. Lämpöpumpun valinnassa käytettiin yhteis työkumppanin Oilon Selection Tool:ia. Lämpöpumpun tärkeimmiksi valintakriteereiksi muodostuivat lämpö teho, lämpöpumpun hyötysuhde eli COP, laaja käyttölämpötila-alue, fyysinen koko sekä taloudellinen kannat tavuus. Käyttökustannukset määritettiin eri sähkönhinnoilla ja hyötysuhteilla.
Aurinkokeräinkentän teholliseksi hyötysuhteeksi saatiin 63 %, tehoksi keskimäärin 120 kW. Sopiva lämpö pumppu käyttötarkoitusta varten on Oilon P60 sarjan pumppu, jossa toteutuu hyvä muunneltavuus niin kom ponenttien kuin kylmäaine valikoiman suhteen. Pumpulla saadaan hyvä COP-luku kyseisessä käyttötarkoituk sessa ja se on myös fyysiseltä kooltaan sopiva teknisiin tiloihin. Lämpöpumpulla tuotettavan kaukolämmön
kustannukset vaihtelevat suuresti sähkön hinnan mukaan. Ideaalitilanteessa pumpun ja prosessin oheislaittei den tarvitsema sähköenergia kyetään tuottamaan itse.
Aurinkokeräimillä ja sähköenergian avulla tuotetun kaukolämmön osuus tulee kasvamaan Suomessa tulevai suudessa perinteisen polttamisen avulla tuotetun lämpöenergian osuuden vähentyessä hiilineutraaliutta kohti
mentäessä. Aihealueessa riittää tutkimista mm. keräinjärjestelmien tehostamisessa, talviaikaisen käytön te hostamisessa.