Uusiutuvien energialähteiden käyttö Lahdessa : Tapaustutkimus pohjaveden hyödyntämisestä jäähdytyskäyttöön asuinkerrostalossa

Abstract

Tässä lopputyössä luodaan katsaus uusiutuvien energialähteiden käyttöön kestävän kehityksen mukaisesti. Tapaustutkimuksena lopputyö esittelee jäähdytysjärjestelmän, jonka primäärienergialähteinä ovat pohjavesi ja aurinkosähkö. Työn tilaajana on Lahden seudun ympäristöpalvelut, joka vastaa kestävästä kehityksestä kaupunkikonsernitasolla. Lahdessa verkostovesi on pohjavettä ja tehtäväksi tuli täten tutkia mahdollisuutta hyödyntää verkostovettä jäähdytykseen. Lahden kaupungin tavoitteena on kestävä yhteiskunta ilman hiilidioksidipäästöjä ja on siksi asettanut tavoitteekseen puolittaa hiilidioksidipäästöt vuoden 1990 tasosta vuodelle 2025. Päästöjen vähentämiseksi on fossiilisten polttoaineiden käyttämisestä luovuttava ja lisättävä uusiutuvien energialähteiden käyttöä primäärienergianlähteinä. Ilmaston lämpenemisen sekä kasvavien sisäilmavaatimusten johdosta uskotaan jäähdytyksen yleistyvän asuintaloissa.

Asuinkerrostalon todellisen jäähdytystarpeen selvittämiseksi mallinnettiin passiivirakenteinen kolmikerroksinen asuintalo IDA ICE (Indoor Climate and Energy) -simulointiohjelmalla. Jäähdytysjärjestelmän kylmätehon mitoitus tehtiin verkostovedestä hyödynnettävän virtaaman mukaan. Järjestelmän tarvitseman sähkötehon tuottamiseksi rakennuksen katolle mitoitettiin tehontarvetta vastaavat aurinkopaneelit.

Simuloinnin tulokset osoittivat merkittävän jäähdytystarpeen rakennuksessa kesä-heinäkuulle. Laskentojen perusteella saatiin selville pohjaveden esiintymisen sekä lämpötilan olevan suotuisat jäähdytyksen tuotannolle. Pohjaveden hyödyntäminen verkostoveden mitoitusvirtaamalla osoittautui kuitenkin liian pieneksi halutun jäähdytystehon tuottamiselle. Pohjavedestä saatavaa virtaamaa kasvattamalla voidaan tarvittava jäähdytysteho kuitenkin tuottaa kuormittamatta ympäristöä.

Slutarbetet har som syfte att arbeta för hållbar utveckling genom att uppmuntra till användning av förnybara energikällor. Som fallstudie presenteras ett kylsystem som vid drift endast använder förnybara energikällor. Arbetet beställdes av Lahtis-regionens miljötjänster som ansvarar för hållbar utveckling på stads koncernnivå. Eftersom att hushållsvattnet i Lahtis är grundvatten blev uppgiften att undersöka huruvida färskvatten kunde användas för kylning. Lahtis stad arbetar för ett hållbart samhälle med noll koldioxidutsläpp och har som mål att minska utsläppen med hälften från årets 1990 nivå till år 2025. För att minska utsläppen måste användningen av fossila bränslen avta och energieffektivisering ske inom energiproduktion. Behovet av forcerad kylning förvantas öka på grund av global uppvämning.

För att reda ut det egentliga kylbehovet i höghus gjordes en modellering av ett passivhus med IDA ICE (Indoor Climate and Energy) -simuleringsprogrammet. Kylbehovet räknades för ett bostadshöghus med tre våningar och sammanlagt 22 lägenheter. Dimensioneringen av kylanläggningen definierades av flödet i färskvattnet. För att producera eleffekten som pumparna i kylanläggningen krävde dimensionerades solpaneler med rätt effekt på höghusets tak.

Simuleringen bevisade stort behov för kylning från juni till augusti. Resultaterna visade att temperaturen samt förekomsten av grundvatten är lämpliga för kylandet av bostadshus men att flödet i vattennätverket inte räcker för att producera den önskade kyleffekten. Genom att öka flödet från grundvattnet kan man ändå åstadkomma den önskade kyleffekten utan att belasta miljön.

This thesis aims to boost sustainable development by encouraging use of renewable energy. As a case study it presents a cooling system that only uses renewable energy when operating. The thesis was ordered by Lahti regions environmental services that are in charge of sustainable development on a city consolidated level. The task was to explore whether fresh water could be used for cooling, as it in Lahti is groundwater. Lahti city is aiming for a sustainable society with no carbon dioxide emissions and has set a goal for halving the emissions from the year 1990’s level till 2025. The use of fossil fuels has to decline and energy effectiveness as well as the use of renewable energy sources increase to reduce emissions. Due to global warming forced cooling is expected to increase in homes.

A model of a passive house was built with IDA ICE (Indoor Climate and Energy) -simulation program to find out the actual cooling load in a block of flats. The cooling demand was calculated for a three-storey building with 22 apartments. Dimensioning of the cooling system was defined by the flow rate of fresh water. Solar panels were to be installed on the roof to produce the required electric power for cooling pumps.

The simulation proved that there is a great need for cooling from June to August. The results display that the occurrence and temperature of groundwater is suitable for cooling but that the flow rate in the water network and residential dimension rate are not sufficient to produce the desired cooling effect. By increasing the flow rate the requested cooling effect can still be achieved without burdening the environment.