Ilmastoinnin ja tilojen jäähdytyksen lisääminen osaksi kauppakeskus Sellon kysyntäjoustoa
Holopainen, Jukka (2020)
Diplomityö
2020
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020052939745
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020052939745
Tiivistelmä
Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää kauppakeskuksen ilmastointijärjestelmien ja tilojen jäähdytysjärjestelmien liittämismahdollisuus osaksi kysyntäjoustoa ja arvioida investoinnin kannattavuus. Kauppakeskus Sello liittyi vuonna 2019 kysyntäjoustoon mikroverkolla, johon on liitetty muun muassa akusto, aurinkovoimala, talotekniikka ja varavoimakone. Kauppakeskuksen tilojen vedenjäähdytyskoneita ei ole vielä liitetty kysyntäjouston piiriin. Diplomityössä simuloitiin ilmastoinnin ja jäähdytyksen jaksottaisen käytön vaikutusta kauppakeskuksen liiketilojen sisäilman lämpötilaan ja hiilidioksidipitoisuuteen.
Kauppakeskus Sellosta valittiin simulointia varten liiketila, jossa arvioitiin sisäilman lämpötilan olevan lämpökuormista johtuen korkea kesäkauden mitoitustilanteessa. Sisäilmaston lämpöolosuhteet simuloitiin ilmastointi- ja jäähdytyskoneiden osatehoilla 25 %, 50 % ja 75 %. Simulointi tehtiin myös pysäyttämällä hetkellisesti ilmastointi- ja jäähdytyskoneet, millä määritettiin sisäilman lämpötilan nousuaika asetusarvosta suurimpaan sallittuun arvoon 25 °C. Simuloinnissa tutkittiin myös yötuuletuksen vaikutusta huonelämpötilaan.
Simulointi tehtiin liiketilan jäähdytystehon mitoittavan päivän energialaskennan säätiedoilla. Liiketilan sisäilman lämpötila oli 23,5 °C ennen ilmastointikoneen ja jäähdytyksen käyttöön tehtävää muutosta. Simulointitulosten perusteella liiketilan ilmastointi ja jäähdytys voidaan pysäyttää kokonaan enintään 15 minuutiksi, jotta sisäilman lämpötilan raja-arvoksi määritelty 25 °C ei ylity. Sisäilman lämpötila laski lähtötilanteeseen noin 15 minuutin kuluttua, kun liiketilan ilmastointi ja jäähdytys oli kytketty takaisin päälle 100 %:n teholla. Ilmastoinnin ja jäähdytyksen käyttö osateholla pidensi vasteaikaa sisäilman lämpötilan nousuun. Simulointitulosten mukaan yötuuletus laskee aamun sisäilman lämpötilaa ja vähentää siten aamupäivän jäähdytystehon ja -energian tarvetta. Ilmastointikoneiden pysäyttäminen liiketilan alueella 15 minuutin ajaksi nosti sisäilman hiilidioksidipitoisuuden arvoon 722 ppm, joka on sisäilmastoluokituksen S1 tavoitearvon mukainen.
Investointilaskennan mukaan ilmastoinnin ja tilojen jäähdytysjärjestelmien liittäminen FCR-N taajuusohjattuun käyttöreserviin on kannattava investointi 10 vuoden pitoajalla. Kokonaisinvestointi on noin 75 000 €, joka sisältää kiinteistön jäähdytysjärjestelmien ohjauksen muutoksen. Korollinen takaisinmaksuaika on 8,5 vuotta ja sisäinen korko 7,6 %, kun laskennassa käytettävä reaalikorko on 5 %. The aim of the thesis was to find out how to connect the shopping center’s air conditioning and space cooling systems to meet the needs of demand elasticity and the profitability of investment costs. In 2019, the Sello Shopping Center added demand response with the use of a microgrid, which includes a battery, a solar power plant, building services and a backup power plant. The cooling of the shopping center’s air conditioning system has not yet been included in the scope of the demand response. The diploma thesis simulated the effect of the intermittent use of air conditioning and cooling on the indoor climate’s thermal conditions. The Sello Shopping Center was selected for the simulation. The thermal conditions of the indoor climate were simulated with the partial power of air conditioning and refrigeration machines at 25 %, 50 % and 75 %. The simulation was also performed by simulating a momentary pause of the air conditioning and refrigeration machines, which determined the rise time of the indoor air temperature from the set value to the maximum permissible value of 25 °C. The simulation also investigated the effect of night ventilation on peak cooling power demand and cooling energy consumption.
The simulation was performed with daily weather data instruments measuring the cooling capacity. The indoor air temperature before the change in the use of the air conditioner and refrigeration machine was 23.5 °C. Based on the simulation results, the air conditioning and cooling of the retail space can be completely stopped for a maximum of 15 minutes so that the indoor air temperature limit of 25 °C is not exceeded. The indoor air temperature drops to the starting position after about 15 minutes, when the commercial air conditioning and cooling is switched on again at 100 % power. The use of air conditioning and cooling at partial power increases the response time of increases in indoor temperature. According to the simulation results, night ventilation reduces the need for energy for cooling in the morning.
According to the investment calculation, connecting the air conditioning and space cooling systems to the FCR-N frequency-controlled operating reserve is a profitable investment over a 10-year calculation period. The total investment is approximately 75,000 €, which includes a change in the control of the property’s cooling systems. The interest-bearing repayment period is 8.5 years and the internal rate is 7.6 %, while the real interest rate used in the calculation is 5 %.
Kauppakeskus Sellosta valittiin simulointia varten liiketila, jossa arvioitiin sisäilman lämpötilan olevan lämpökuormista johtuen korkea kesäkauden mitoitustilanteessa. Sisäilmaston lämpöolosuhteet simuloitiin ilmastointi- ja jäähdytyskoneiden osatehoilla 25 %, 50 % ja 75 %. Simulointi tehtiin myös pysäyttämällä hetkellisesti ilmastointi- ja jäähdytyskoneet, millä määritettiin sisäilman lämpötilan nousuaika asetusarvosta suurimpaan sallittuun arvoon 25 °C. Simuloinnissa tutkittiin myös yötuuletuksen vaikutusta huonelämpötilaan.
Simulointi tehtiin liiketilan jäähdytystehon mitoittavan päivän energialaskennan säätiedoilla. Liiketilan sisäilman lämpötila oli 23,5 °C ennen ilmastointikoneen ja jäähdytyksen käyttöön tehtävää muutosta. Simulointitulosten perusteella liiketilan ilmastointi ja jäähdytys voidaan pysäyttää kokonaan enintään 15 minuutiksi, jotta sisäilman lämpötilan raja-arvoksi määritelty 25 °C ei ylity. Sisäilman lämpötila laski lähtötilanteeseen noin 15 minuutin kuluttua, kun liiketilan ilmastointi ja jäähdytys oli kytketty takaisin päälle 100 %:n teholla. Ilmastoinnin ja jäähdytyksen käyttö osateholla pidensi vasteaikaa sisäilman lämpötilan nousuun. Simulointitulosten mukaan yötuuletus laskee aamun sisäilman lämpötilaa ja vähentää siten aamupäivän jäähdytystehon ja -energian tarvetta. Ilmastointikoneiden pysäyttäminen liiketilan alueella 15 minuutin ajaksi nosti sisäilman hiilidioksidipitoisuuden arvoon 722 ppm, joka on sisäilmastoluokituksen S1 tavoitearvon mukainen.
Investointilaskennan mukaan ilmastoinnin ja tilojen jäähdytysjärjestelmien liittäminen FCR-N taajuusohjattuun käyttöreserviin on kannattava investointi 10 vuoden pitoajalla. Kokonaisinvestointi on noin 75 000 €, joka sisältää kiinteistön jäähdytysjärjestelmien ohjauksen muutoksen. Korollinen takaisinmaksuaika on 8,5 vuotta ja sisäinen korko 7,6 %, kun laskennassa käytettävä reaalikorko on 5 %.
The simulation was performed with daily weather data instruments measuring the cooling capacity. The indoor air temperature before the change in the use of the air conditioner and refrigeration machine was 23.5 °C. Based on the simulation results, the air conditioning and cooling of the retail space can be completely stopped for a maximum of 15 minutes so that the indoor air temperature limit of 25 °C is not exceeded. The indoor air temperature drops to the starting position after about 15 minutes, when the commercial air conditioning and cooling is switched on again at 100 % power. The use of air conditioning and cooling at partial power increases the response time of increases in indoor temperature. According to the simulation results, night ventilation reduces the need for energy for cooling in the morning.
According to the investment calculation, connecting the air conditioning and space cooling systems to the FCR-N frequency-controlled operating reserve is a profitable investment over a 10-year calculation period. The total investment is approximately 75,000 €, which includes a change in the control of the property’s cooling systems. The interest-bearing repayment period is 8.5 years and the internal rate is 7.6 %, while the real interest rate used in the calculation is 5 %.