Hybridilämmitysjärjestelmän hukkalämmön hyödyntäminen kiinteistöjen jäähdytyksessä

Abstract

Opinnäytetyössä tutustuttiin erilaisiin tapoihin käyttää lämmöntuotannon ylijäämä- ja hukkalämpöä hyödyksi jäähdytyksen muodossa. Erityisesti tarkasteltiin pienen kokoluokan sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitoksiin sopivia tekniikoita. Lisäksi kannattavuuslaskelmilla arvioitiin tekniikoiden käyttökelpoisuutta ja yhdistämistä Karelia-ammattikorkeakoulun Sirkkalan kampukselle rakennettavaan energiapuistoon.

Työssä perehdyttiin ensin yhdistetyn lämmön- ja sähköntuotannon sekä lämmöllä toimivien jäähdytyskoneiden tekniikoihin niiden toimintaperiaatteiden kautta. Syventävän kirjallisuuskatsauksen pohjalta arvioitiin eri tekniikoiden soveltuvuutta tapaustutkimuksissa erilaisilla ehdoilla. Markkinoilla olevilta laitevalmistajilta pyydettiin tarjouksia, joiden perusteella kannattavuutta vertailtiin perinteisiin kompressorijäähdyttimiin. Laskenta toteutettiin Excel-taulukkolaskentaohjelmalla. Lisäksi laitevalmistajilta pyydettiin lisätietoja, joilla vahvistettiin käsitystä kunkin tekniikan vahvuuksista ja heikkouksista, sekä soveltuvuudesta juuri tapaustutkimuksen kiinteistöön.

Laskelmien perusteella jotkin lämpökäyttöiset jäähdyttimet ovat taloudellisesti kannattavia myös Sirkkalan kampuksella. Esimerkiksi absorptiojäähdyttimen takaisinmaksuajaksi saatiin tietyin edellytyksin alle 10 vuotta, kun kannattavuuden rajana pidetään 20 vuotta. Pohdinnassa löydettiin kiinteistön asettamat rajoitukset ja kannattavuus suhteutettiin muihin lämmön käyttömahdollisuuksiin. Jatkotutkimuksiin tulisi valita kiinteistö, jonka jäähdytystarve on tarkasti määritelty.

The aim of this bachelor’s thesis was to review potential methods of using excess and waste heat of heat production in space cooling. The emphasis was particularly on technologies suitable for small-scale combined heat and power generation. Furthermore, the technical and economic viability of different technologies were calculated and estimated in the case study. Karelia UAS’s Sirkkala campus and its power plant were used as the case study.

A thorough literature review was made on combined heat and power technologies and heat-activated cooling technologies and their operational principles were covered. The feasibility and suitability of differing techniques were evaluated in the case study on four different conditions. Market research was performed by requesting manufacturers for offers after which the offered devices were compared with compression vapour chillers. Calculations were made with Excel. Manufacturers were also asked to provide information on the strengths and weaknesses of heat-activated technologies. This information was used in the evaluation of the feasibility in the case study.

The results showed some heat-activated cooling devices to be economically feasible in Sirkkala campus i.e. the payback time of an absorption chiller was found to be less than 10 years. The limit for feasibility is considered to be 20 years. The technical limits of the property were discovered and other potential uses for excess and waste heat were analysed. Further research should focus on properties with a defined need for cooling.