Domestic energy usage towards future intelligent energy efficiency

Abstract

Opinnäytetyössäni tutkin ja perehdyin omakotitalon energiatehokkuuteen ja sen optimointiin. Tavoitteena oli kartoittaa nelihenkisen perheen energiankulutus. Perheeseen kuuluu kolme aikuista ja yksi lapsi. Havaintojeni perusteella ehdotin muutoksia ja investointeja energiankulutukseen mukavuudesta tinkimättä.

Opinnäytetyö rajautuu olennaisesti elektroniikkaan, aurinkolämmitykseen, aurinkosähköön ja automatisointiin. Opinnäytetyössä ei oteta huomioon talon rakenteeseen liittyviä konsepteja kuten eristystä ja tulisijan vaikutusta. Talo on rakennettu vuonna 1984 ja suurin osa kodinkoneista ja elektroniikasta on n. 10–40 vuotta vanhaa. Jotta opinnäytetyö olisi kohtuullinen en etsinyt jokaiselle elektroniselle laitteelle korviketta, mutta siihen suuntaa antavaa ideologiaa. Talossa on suora sähkölämmitys, johon ehdotin lisäyksenä ilmalämpöpumppua. Valaistus oli sekoitus halogeeni, LED, kaasupurkaus ja loistelamppuja. Kaikki edellä mainitut muutettiin LED- lampuiksi. Kiinteistön tontilla on paljon tilaa, joten 6 kW aurinkopaneelijärjestelmä oli helppo sijoittaa pihapiiriin. Suurin energian kulutus tuli 300 litran vedenlämmittimestä. Veden lämmittämiseen asennettiin 3,5 kW aurinkokeräimet. Ulkona on 47000 litran uima-allas ja 1800 litran poreallas, joiden lämmitys ja suodatusjärjestelmät toimivat manuaalisesti / suodatinpumpun tuntisäädön kautta energiatehottomasti. Tähän ratkaisuksi löytyi Arduinoon perustuva järjestelmä. Perhe oli investoinut Google Assistenttiin, joka ohjaa sähkölämmitystä, sisä- ja ulkovalaistusta automaatiolla Wi-Fi-kytkimen avulla. Järjestelmää voi ohjata PC:llä, älylaitteella tai puheohjauksella. Viimeisimmät kodinkoneet, jotka vaihdettiin, olivat vanha keittiön liesi ja jääkaappi, joilla on energiatehokkaammat luokitukset. Analyysi, suunnittelu ja budjetti osoittivat asukkaille selvästi, että energiatehokkuusremontti oli kannattava ja tulevien vuosien säästöt tulevat olemaan merkittäviä.

In my thesis, I studied the energy efficiency of a residential building and its optimization. The target was to map out the energy consumption of the household a family consisting of three adults and a child in, a single-family detached home. This thesis’ findings suggest adjustments to the current energy consumption and investments to optimize the energy consumption without sacrificing household comforts.

The thesis is essentially focused on, solar electricity, solar heating and automatization. This thesis will not considerations from the perspective of energy optimization, the house structure, insulation, or fireplace.

The house under investigation was built in 1984 and most of the electronics in use are between 10 to 40 years old. To keep this thesis within reasonable scope, recommendations were not made for replacements for each electronic device in use. The house has direct electrical heating, with which I suggested an air source heat pump as an addition. The lighting was a mix of halogen, LED, gas-discharge, and fluorescent lights. All of the lights were changed to LEDs.

The property has a lot of room, so placing a 6kW solar power plant was simple. The largest energy consumption came from the 300-liter water heater. Solar collectors of 3,5kW power were installed to heat water. The outside has a 47000-liter pool and a 1800-liter hot tub. Heating and filtration work manually, with filtration pump with hour cycle. I automated the filtration pump on site for daily usage with a system based on Arduino Uno.

The family had purchased a google assistant utilizing automation to control indoor and outdoor lighting and electrical heating using a Wi-Fi switch control. The system can be controlled through PC, mobile devices and voice control. The last device or voice control that were replaced were the old kitchen stove and the fridge which were replaced with more energy efficient models.

The analysis, planning and budget clearly showed to the residents that energy efficiency rehaul was a necessity. The potential monetary value of future savings are notable.