Pientalon teknisen tilan tuotteistus

Diplomityön tavoitteena on selvittää asiakkaiden toiveita ja arvostuksia, joiden avulla voidaan rakentaa silta teknisiin ominaisuuksiin ja niiden variointiin. Rinnakkaisena työnä lähinnä teknisestä näkökulmasta teki Lauri Manninen omaa tutkimustyötä. Tässä raportissa on teknisiä ominaisuuksia käsiteltäessä lainattu Mannisen työtä. Pientaloa suunniteltaessa on valittava mm. lämmitysjärjestelmä ja talotekniikan taso. Suomessa pientaloihin on tarjolla useita lämmitysjärjestelmävaihtoehtoja. Tunnetuimpia päälämmönlähteitä ovat maa, puu, pelletti, öljy, kaasu, sähkö ja kaukolämpö. Lämmitysjärjestelmän lisäksi teknisiin tiloihin sijoitetaan muuta talotekniikkaa. Tässä diplomityössä tarkastellaan eri lämmitysjärjestelmien nykytilannetta sekä mahdollisuuksien mukaan tulevaisuuden näkymiä. Työssä on käytetty lähdeaineistona kirjallisuutta, www-sivuja sekä haastatteluja. Työhön on haastateltu yksityisasiakkaita. Lämmitysjärjestelmien nykytilanteen ja tulevaisuuden näkymien sekä haastatteluissa esiin tulleiden asioiden avulla on pyritty kehittämään talotekniikkamarkkinoille uusia tuote- ja palvelukonsepteja. Diplomityössä on käsitelty lämmitysjärjestelmiä sekä talotekniikkaa markkinatilanteen ja asiakkaiden näkökulmasta. Tuloksena työssä esitetään alustava tuotteistussuunnitelma ja ideoita teknisen tilan kokonaispalvelun tuotteistamiseen.

Kiinteäkerroskaasuttimen toiminnan teoreettinen tarkastelu ja puupellettien kaasutuskokeet myötävirtareaktorilla

Tämä työ on osa tutkimusprojektia, jonka tarkoituksena on kehittää uudentyyppinen kaasutustekniikkaan perustuva kiinteistöjen lämmitysjärjestelmä. Työ on tehty osaksi kirjallisuustutkimuksena käyttämällä hyödyksi alalla tehtyjä tutkimuksia ja kirjallisuutta. Kirjallisuustutkimuksen tavoitteena oli luoda yhtenäinen tietopaketti lämmitysjärjestelmän kehityksen tueksi. Työn kokeellisen osion tavoitteena oli tutkia lämmitysjärjestelmän kaasuttimen prototyypin toimintaa ja selvittää sen käyttöön liittyviä ongelmia. Kirjallisuusosiossa käsitellään kaasutuksen vaiheita: alkulämpeneminen ja kuivuminen, syttyminen, pyrolyysi sekä jäännöshiilen palaminen ja kaasutus. Varsinkin pyrolyysiprosessin tunteminen on merkittävää, kun halutaan parantaa biomassan poltto- ja kaasutusprosessien suunnittelua. Lisäksi kirjallisuusosiossa käsitellään kaasutuksessa syntyvän tuotekaasun ominaisuuksia: koostumus, lämpöarvo, tiheys ja palamisominaisuudet. Tuotekaasun ominaisuudet vaihtelevat suuresti kaasutusprosessista ja -olosuhteista sekä polttoaineesta riippuen. Tuotekaasun kohdalta käsitellään myös sen käyttökohteita. Perinteisesti kaasutuksen tuotekaasua käytetään lämmöntuotantoon, mutta tulevaisuuden haasteena on tuotekaasun käyttö kaasuturbiineissa sähköntuotantoon. Tuotekaasun käyttöä laajemmin rajoittaa sen sisältämät epäpuhtaudet. Tämän vuoksi kirjallisuusosiossa käsitellään myös tuotekaasun puhdistusmenetelmiä ja sen poltossa syntyvien päästöjen vähentämiskeinoja. Kokeellisessa osiossa suoritettiin puupellettien kaasutuskokeita TTKK:n Energia- ja prosessitekniikan laitoksen raskaaseen laboratorioon rakennetulla kaasutusreaktorilla. Kaasutuskokeiden avulla löydettiin kaasutusreaktorin toiminnan ongelmakohdat ja pystyttiin aloittamaan lämmitysjärjestelmän jatkokehitys.

Maalämpöpumpun mitoitusjärjestelmän kehittäminen

Työn tavoitteena oli kehittää maalämpöpumppujärjestelmään kuuluvien komponenttien mitoitusta. Työ tehtiin Alufer Oy nimiselle yritykselle, joka on työskennellyt jo kolme vuotta maalämpöpumppujärjestelmän tuotekehityksen parissa. Maalämpöpumppujärjestelmä tullaan suunnittelemaan mahdollisimman suorituskykyiseksi ja joustavaksi. Suunnittelun lähtökohtana on, että lämmitysjärjestelmä on ns. matalalämpö-järjestelmä, joka käytännössä usein toteutetaan lattialämmityksenä. Ensimmäiseksi työssä on selvitetty mitä maalämpö on ja mitkä ovat yleisimmät maalämpöpumppujärjestelmän lämmönkeruuputkistojen asennustavat. Tällä hetkellä käytössä on joko vaakaan (maa, vesi) tai pystyyn asennettava lämmönkeruuputkisto (porakaivo). Seuraavaksi työssä on lähdetty selvittämään maalämpöpumppumarkkinoita Suomessa sekä selvitetty kolmen suurimman valmistajan Geopro Systemsin, Suomen Lämpöpumpputekniikan ja Ekowellin tuotteita sekä tekniikkaa. Työssä selvitetään myös muutamien Eurooppalaisten maiden markkinat. Mitoitusjärjestelmässä tarkastelu on aloitettu uudisrakennuksen lämmitystehon tarpeesta ja käyttöveden lämmityksen tarvitsemasta tehosta. Tarvittavan lämmitysenergian perusteella määriteltiin lämpöpumppujärjestelmään kuuluvat komponentit. Maalämpöpumppujärjestelmä koostuu seuraavista pääkomponenteista: höyrystin, kompressori, lauhdutin ja paisuntaventtiili. Höyrystimen tehon mitoituksessa on huomioitu lämmönkeruuputkistossa kulkevan nesteen aineominaisuudet, massavirta ja lämpötilaero höyrystimen nesteen ulostulon sekä sisään menon välillä. Kompressorin teho on määritetty valitun kylmäaineen (R407C) lg p-h piirroksesta tai määritetty teoreettisesti kompressorivalmistajien omista valintaohjelmista. Lauhduttimen teho on määritelty höyrystimen sekä kompressorin tehon summasta. Samalla määräytyy myös uudisrakennuksen lämmitystehontarve. Lopuksi työssä on käsitelty maalämpöpumppujärjestelmän kehitysmahdollisuuksia. Vaihtoehtoina on huomioitu tulistin, alijäähdytin ja varaaja, joilla voidaan huomattavasti parantaa maalämpöpumpun lämpökerrointa.

Rintamamiestalon saneerauksen energiataloudellinen tarkastelu

Työssä määritettiin Kaakkois-Suomessa sijaitsevan rintamamiestalon eri energiasaneerausvaihtoehtojen kannattavuus. Taselaskenta pohjautui pääosin Suomen rakentamismääräyskokoelman osaan D5. Tarkastelu laajennettiin koskemaan myös yleisesti rintamamiestaloja. Tällöin referenssitalona toimi kyseinen kohdetalo konstruktiossa, jossa talon vaipan eristeet olivat alkuperäiset ja lämmitysjärjestelmä uusimisen tarpeessa. Työssä kehitettiin toimiva laskenta-algoritmi, jolla pystytään määrittämään tyypillisten rintamamiestalojen energiasaneerausten kannattavuus eri lämmitysjärjestelmillä ja eri ilmastovyöhykkeillä. Samalla saadaan määritellyksi yksittäisten rakenneosien saneerauksen vaikutukset talon energiantarpeeseen. Käytännössä kaikkiin 1950-luvulla rakennettuihin rintamamiestaloihin on vuosien kuluessa tehty asumisviihtyvyyttä lisääviä parannuksia, mutta energiaa säästävät investoinnit ovat jääneet vähemmälle. Energiantarve on niissä tyypillisesti 400 kWh asuinneliötä kohti vuodessa, kun vastaava talo nyt rakennettuna kuluttaisi 55% - 60% vähemmän energiaa.

Pientalon lämmitysjärjestelmän valinta

Lämmityskustannukset ovat merkittävä osa pientalon asumiskustannuksista. Oikealla lämmitysratkaisuvalinnalla voidaan saada merkittäviä säästöjä aikaiseksi. Lämmitysjärjestelmä on pitkäaikainen investointi ja järjestelmän vaihtaminen toiseen on usein kallista. Järjestelmän valinnassa tehtyä virhettä on siten vaikea korjata jälkikäteen. Jotta osataan valita kuhunkin tilanteeseen sopivin lämmitysratkaisu, täytyy tietää millaisia kustannuseriä eri vaihtoehdot sisältävät ja millainen merkitys niillä on kokonaiskustannuksiin. Lämmitysjärjestelmän valinnassa tulee huomioida asuntojen erilaiset energiantarpeet, tekniset ratkaisut ja käyttäjien mieltymykset. Edellä mainituista syistä lämmitysjärjestelmiä ei voida laittaa yleispätevään edullisuusjärjestykseen. Tässä työssä käsitellään esimerkkilaskelmien avulla joitain lämmitysjärjestelmäratkaisuja ja niiden kustannuksia. Vaikka työ ei käsitä kaikkia markkinoilla olevia vaihtoehtoja, työssä esitettyjä laskentamenetelmiä voidaan soveltaa myös muihin lämmitysjärjestelmiin.

Päätöksentekomenetelmien hyödyntäminen pientalon lämmitysjärjestelmän valinnassa

Tämän diplomityön tavoitteena on valita sopiva lämmitysjärjestelmä case taloon käyttäen apuna päätöksentekoprosessia ja eri vaiheissa sovellettavia menetelmiä. Työn avulla pyritään selvittämään kuinka hyvin päätöksentekomenetelmät sopivat lämmitysjärjestelmän valintaan ja mitä hyötyjä se tuo tullessaan. Prosessissa selvitetään lämmitysjärjestelmiin liittyviä asiakastarpeita, arvioidaan lämmitysjärjestelmien ominaisuuksia ja tehdään valinta näiden tietojen pohjalta. Kymmenhenkinen kuluttajaryhmä teki lopullisen päätöksen valittavasta lämmitysjärjestelmästä. Menetelmien avulla saatiin luotua kattava kuva erilaisista asiakastarpeista, jotka otettiin huomioon valinnassa. Ryhmä valitsi case taloon seitsemästä yleisestä lämmitysjärjestelmästä maalämmön. Työssä käytetyt menetelmät toimivat hyvin yhteistyössä toistensa kanssa. Menetelmien käyttö mahdollisti kaikkien kriteereiden huomioimisen ja tuloksien lähemmän tarkastelun. Työssä saatuja tuloksia voidaan hyödyntää lämmitysjärjestelmän valinnassa ottaen huomioon erilaiset lähtötilanteet. Herkkyysanalyyseissa maalämpö kesti monien kriteerien painotuksien muuttamista ja osoittautui tällä tavoin sopivimmaksi järjestelmäksi.

Uudisrakennuksen lämmitysenergiankulutus ja päälämmönkehityslaitteiden kustannusvertailu

Kandidaatintyössä käsitellään uudisrakennuksen lämmitysenergiankulutusta sekä esitellään ja vertaillaan lämmönkehityslaitteita. Lämmönkehityslaitteet on jaoteltu pää- ja varalaitteisiin, jotka soveltuvat vesikiertoiseen lämmönjakoon. Päälämmönkehityslaitteista vertailussa ovat sähköperäiset järjestelmät, eli suora sähkölämmitys sekä ilmavesi- ja maalämpöpumppu. Varalämmönkehityslaitteista esittelyssä ovat nykyaikana suosiota kasvattavat tulisijat ja aktiivinen aurinkolämmitys. Lämmitysenergiankulutuksen ja lämmitystehon laskemiseen sovelletaan Suomen rakentamismääräyskokoelmien ohjetta D5. Kustannusvertailussa käytetään nykyarvomenetelmää, jolla vertaillaan koko käyttöajan kustannuksia nykyhetkeen. Lopun Case-kohteessa sovelletaan esitettyjä laskelmia ja arvioidaan kannattavinta päälämmönkehityslaitetta lasketun energiakulutuksen mukaan. Tuloksien täsmällisyyttä pohditaan erilasten epätarkkuuksien mukaan.

Öljylämmityksen korvaaminen maalämmöllä pientaloissa

Tässä kandidaatintyössä käsitellään öljylämmityksen korvaamista maalämmöllä pientaloissa. Suomessa on noin 200 000 öljylämmitteistä pientaloa. Lämmitysenergioiden hinnat ovat nousseet viimeisen kymmenen vuoden aikana voimakkaasti, etenkin lämmityksessä käytettävän kevyen polttoöljyn hinta. Hintojen nousu ohjaa kuluttajia etsimään halvempia lämmitysratkaisuja. Maalämpöjärjestelmä on investointina kallis, noin 16 000 – 20 000 euroa. Valtio tukee lämmitysjärjestelmäinvestointia kotitalousvähennyksen muodossa, joka pienentää kokonaisinvestointia muutamalla tuhannella eurolla. Maalämpö edellyttää vesikiertoista lämmönjakoa. Öljylämmityksen tilalle on helppo asentaa maalämpö, koska öljylämmitystaloissa vesikierto on valmiina. Työssä käytetään esimerkkikohteena Lappeenrannan Joutsenossa sijaitsevaa omakotitaloa. Lähtötietoina käytetään tämän hetkisiä todellisia kulutuksia ja energian hintoja. Pyysin tätä työtä varten tarjouksia maalämpöjärjestelmiä myyvästä yrityksestä, joten investointilaskelmat tehdään todellisten hintatietojen mukaan. Öljylämmitysjärjestelmän vaihtaminen maalämpöön on kannattava investointi. Tarkastelujaksona käytettiin 15 vuotta. Öljyn ja sähkön hintojen noustessa yhtä paljon kuin viimeisen kymmenen vuoden aikana, investointi ehtii tuottaa 15 vuoden tarkastelujakson aikana voittoa yli 20 000 euroa. Maltillisemmilla hintakehitysarvioilla tuotto jää pienemmäksi mutta joka tapauksessa tarkastelujakson aikana investointi on kannattava.

Ilmalämmityksen soveltuvuus pientaloihin

Ilmalämmitys on melko harvinainen lämmitysjärjestelmä pientaloissa. Vielä 1980-luvulla ilmalämmitysjärjestelmät olivat pientaloissa yleisiä, mutta niiden käyttö vähentyi merkittävästi ja nykyään ilmalämmitystä käytetään lähinnä matalanenergia- ja passiivitaloissa. Tässä kandidaatintyössä selvitetään, onko ilmalämmitys varteenotettava lämmitysjärjestelmävaihtoehto nykypäivän pientaloissa. Ilmalämmityksen soveltuvuutta tarkastellaan tässä työssä kolmen eri kriteerin avulla: energiatehokkuus, sisäilmasto-olosuhteet ja kustannukset.

Simulation of wind powered hydraulic heating system

The objective of this master’s thesis was to design and simulate a wind powered hydraulic heating system that can operate independently in remote places where the use of electricity is not possible. Components for the system were to be selected in such a way that the conditions for manufacture, use and economic viability are the as good as possible. Savonius rotor was chosen for wind turbine, due to its low cut in speed and robust design. Savonius rotor produces kinetic energy in wide wind speed range and it can withstand high wind gusts. Radial piston pump was chosen for the flow source of the hydraulic heater. Pump type was selected due to its characteristics in low rotation speeds and high efficiency. Volume flow from the pump is passed through the throttle orifice. Pressure drop over the orifice causes the hydraulic oil to heat up and, thus, creating thermal energy. Thermal energy in the oil is led to radiator where it conducts heat to the environment. The hydraulic heating system was simulated. For this purpose a mathematical models of chosen components were created. In simulation wind data gathered by Finnish meteorological institute for 167 hours was used as input. The highest produced power was achieved by changing the orifice diameter so that the rotor tip speed ratio follows the power curve. This is not possible to achieve without using electricity. Thus, for the orifice diameter only one, the optimal value was defined. Results from the simulation were compared with investment calculations. Different parameters effecting the investment profitability were altered in sensitivity analyses in order to define the points of investment profitability. Investment was found to be profitable only with high average wind speeds.

Alueellisen lämmitysjärjestelmän valinta hankesuunnitteluvaiheessa

Työn lähtökohtana oli tarkastella hankesuunnitteluvaiheen lämmitysjärjestelmän valintaa ja siihen vaikuttavia tekijöitä. Työssä käytettiin Case-tarkasteluna Espoon Finnoon aluetta. Rakennusosakeyhtiö Hartela voitti Espoon Finnoon ensimmäisen (Finnoo I) asemakaava-alueen suunnittelu ja toteuttamisen ideakilpailun vuoden 2012 lopussa. Finnoo I alueelle rakennettaan noin 155 000 kerrosmetriä eli huoneistot noin 4000 asukkaalle. Alueen ra-kennukset suunnitellaan energiatehokkaaksi, sekä lämmityksessä ja sähkössä on tarkoitus käyttää uusiutuvaa energiaa. Työssä käsiteltiin alueellista lämmitysjärjestelmää ja sen vaihtoehtoetoja. Työssä tutkittiin myös aurinkosähkön käytön mahdollisuutta alueella. Ensin työssä mitoitettiin rakennusten energiankulutuksen muodostuminen alustavien suunnitelmien ja arvioitujen ominaiskulu-tusten avulla. Sen jälkeen käytiin läpi mahdolliset lämmitysjärjestelmät, joita alueella voi-daan käyttää ja arvioitiin niiden aiheuttamat elinkaarikustannukset koko laskenta-ajan jak-solla. Elinkaarilaskentaan valittiin viisi toteutuskelpoisinta järjestelmää ja niistä laskettiin elinkaarikustannukset. Lisäksi laskettiin järjestelmien hiilidioksidipäästöt vuosittain. Työn tulosten pohjalta voidaan olettaa, että kokonaisvaltaisesti yhtä ainoata parasta lämmi-tysjärjestelmää alueelle ei ole, vaan kaukolämpöä, maalämpöä ja hybridijärjestelmiä tulisi käyttää alueella sekaisin. Lisäksi alue on mahdollista rakentaa niin, että alue käyttäisi nolla-lämpöalueen periaatetta, niin että rakennukset, jotka tuottavat lämpöä liikaa myisivät ne sitä rakennuksille jotka tarvitsevat sitä. Aurinkosähkön potentiaali alueella on hyvä ja sitä käyttämällä voidaan rakennusten E-lukua ja hiilidioksidipäästöjä laskea.

Lämmöntuotannon energiatehokkuuden parantaminen Sotek-säätiön rakennuksissa

Diplomityössä tarkastellaan lämmöntuotannon energiatehokkuuden parantamista neljässä Sotek- säätiön rakennuksessa. Työssä oli tarkoitus selvittää, minkälainen lämmitysjärjestelmä on juuri kyseiseen kiinteistöön järkevin ja investointikustannuksiltaan kannattava. Työssä käydään läpi polttoaineita, lämmöntuotanto- ja lämmönjakotapoja, sekä mietitään kannattaako rakennuksia lisäeristää. Työssä verrataan vanhojen järjestelmien hiilidioksidipäästöjä valittujen uusien järjestelmien hiilidioksidipäästöihin. Kiinteistöjen lämmitys tuottaa Suomessa noin 30 % kaikista hiilidioksidipäästöistä. Se on siis merkittävä alue, josta päästöjä voitaisiin vähentää. Tehtävänä oli laskea kaikille kiinteistöille tarkat lämmitystarpeet ja lämmitystehontarpeet käyttäen apuna Suomen rakennusmääräyskokoelmaa. Työn perusteella lämmöntuotannon energiatehokkuuden parantaminen kohteissa on järkevää ja taloudellisesti kannattavaa muuttamalla lämmöntuotanto pääosin lämpöpumpuille. Täystehoiset järjestelmät eivät tulleet investoinnillisesti kannattavaksi, eikä se ilmalämpöpumpuissa ollut edes mahdollista. Tulosten perusteella lämmitysenergian kustannuksia saatiin vähennettyä parhaiten mitoittamalla kohteisiin osatehoiset lämpöpumput. Lisälämmöneristäminen kohteissa ei taloudellisesti tullut kannattavaksi, vaikka lämmitystarve väheni. Lämmöntuotannon hiilidioksidipäästöt vähenisivät kohteissa keskimäärin noin 50 %.

Lämmitysratkaisujen taloudellinen vertailu: Case Lauritsalan kartano

Tässä kandidaatin työssä on selvitetty Lauritsalan kartanon lämmitysmuodon korvaamista kaukolämmityksestä taloudellisesti kannattavampaan vaihtoehtoon. Selvityksessä on otettu huomioon, että kartano on museoviraston suojelema. Työssä esitellään ensin maalämpö– ja pellettijärjestelmien periaatteet ja niiden tärkeimmät komponentit. Tämän jälkeen työssä käsitellään kustannuslaskentaa. Kustannuslaskenta on tehty annuiteettimenetelmällä ja energian hinnat on laskettu nykyisten markkinahintojen mukaan. Työtä varten lähettiin tarjouspyyntöjä maalämpöjärjestelmiä myyviin yrityksiin ja pellettijärjestelmää varten hyödynnettiin Pellettienergia ry:n tarjouspyyntölomaketta. Lämmitysjärjestelmän vaihtaminen maalämpöön olisi kannattavin vaihtoehto vuosittaisten säästöjen kannalta. Tarkasteluajanjaksona käytettiin 20 vuoden pitoaikaa.