Aurinkolämmön hyödyntäminen kerrostalojen käyttöveden lämmityksessä

Abstract

Tässä opinnäytetyössä tutkittiin aurinkolämmön kannattavuutta kerrostalojen käyttöveden lämmityksessä sekä perehdyttiin suuren keräinpinta-alan omaaviin aurinkolämpöjärjestelmiin. Työn tavoitteena oli mitoittaa aurinkolämpöjärjestelmä useampaan erikokoiseen sekä -ikäiseen kerrostaloon. Mitoitusohjeena käytettiin Suomen rakentamismääräyskokoelman D5 aurinko-opasta. Mitoitus toteutettiin kerrostalojen toteutuneen kaukolämmön kulutuksen mukaan. Toteutuneesta kaukolämmön kulutuksesta laskettiin kesäajan kulutus eli arvio lämpimän käyttöveden lämmitykseen kuluneesta energian määrästä, josta pyrittiin korvaamaan kesäaikana aurinkoenergialla mahdollisimman suuri osuus kustannustehokkuus huomioiden.

Tässä työssä selvitettiin aurinkolämpöjärjestelmän investointi- ja käyttökustannuksia sekä kannattavuutta. Tarkasteltavat kerrostalokohteet sijaitsevat Jyväskylässä, ja ne on liitetty Jyväskylän Energian kaukolämpö-verkkoon. Aurinkolämmön investoinnin kustannustehokkuutta ja investointikustannuksien määrittämisen helpottamiseksi on työssä laadittu aurinkolämpöjärjestelmän ominaiskustannuskäyrä, joka huomioi keräinjärjestelmän hinnan, tuotetun energianmäärän sekä keräin pinta-alan.

Tuotetun aurinkoenergian määrään vaikuttavat suoraan aurinkokeräinjärjestelmän ominaisuudet, hyötysuhde sekä varastointikyky. Aurinkolämmön tuotannon ennustettavuus on hankalaa, johtuen vuodenaikojen erilaisuudesta, vaihtelevista sääoloista ja säteilyn jaksottaisuudesta. Edellä mainitut syyt korostavat lämpöenergian varastoinnin tärkeyttä aurinkoenergian hyödyntämisessä. Toisaalta tuotetun lämpöenergian määrä on suoraan verrannollinen auringon säteilyn määrään. Suomen kesän pitkät ja aurinkoiset päivät antavat erinomaiset mahdollisuudet aurinkolämmön hyödyntämiseen. Vuoden kokonaissäteilyn määrä onkin Suomessa lähes samaa tasoa Keski-Euroopan kanssa.

This Bachelor’s thesis studied the cost-effectiveness of solar heat in the use of warming of the service water in a block of flats. Also the solar systems with large collector surface area were investigated.

The goal of this Bachelor’s thesis was to size solar heat systems to different blocks of flats of different sizes and ages. The National Building Code of Finland D5 by the Ministry of the Environment was used as a sizing guideline. The sizing was calculated with data from district heating system. The summer consumption average aka the estimate of the energy needed to warm up the service water, was calculated from the district heating system. The object was to be able to substitute as large amount as possible of the district heating with the solar heat, cost-effectiveness taken into account.

This thesis also studied the investment and operating costs and the cost-effectiveness of solar heat systems. The blocks of flats observed in this thesis are situated in Jyväskylä and are connected to the district heating system of Jyväskylän Energia Oy. A characteristic curve of costs was created to ease the evaluation of cost-effectiveness and quantifying of investment costs. The price of the solar collector system, the amount of energy produced and the surface area of the collector are taken into account in the curve.

The features of the solar collector system, the efficiency and the storing capacity affect directly to the amount of solar energy produced. The solar radiation is a major factor in the solar heat production, on which the season has a significant impact on. The production of solar heat utilizes the solar radiation via solar collectors. The amount of solar radiation correlates with the amount of energy produced. The predictability of solar heat production is difficult because the amount of solar radiation greatly depends on the weather, so the importance of energy storing has to be emphasized. The Northern climate and the shortage of solar radiation during winter time make the all year round utilization of solar energy challenging. On the other hand the long and sunny summer days give a marvelous opportunity to the utilization of solar energy. The total amount of solar radiation is nearly on the same level in Finland than in the central Europe