Kiinteistöjen hybridilämmitysjärjestelmien mitoitus ja kannattavuus
Kyyhkynen, Miia (2021)
Diplomityö
2021
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202104069442
http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202104069442
Tiivistelmä
Sähkön- ja kaukolämmöntuotannon päästöt aiheuttavat noin 32 % Suomen kokonaispäästöistä. Sähkön- ja kaukolämmöntuotannon päästöistä arviolta 87 % johtuu rakennusten lämmityksen päästöistä. Suomi suunnittelee kivihiilestä luopumista vuoteen 2029 mennessä. Kaukolämpöyhtiöt ovat lisänneet uusiutuvien energialähteiden osuutta tuotannossa ja vähentäneen fossiilisten polttoaineiden osuutta. Tämä on aiheuttanut paineita rakennemuutoksille, jonka seurauksena kaukolämmön hinnat ovat nousseet. Energiamääräyksien kiristyminen, kaukolämmön hinnannousu ja lämpöpumppujen tekniikan kehittyminen on johtanut lämpöpumppujen yleistymiseen.
Työssä haluttiin tarkastella hybridilämmitysjärjestelmien kannattavuutta kaukolämpöön kytketyssä toimitilakiinteistössä. Vaihtoehtoisiksi lämmitysjärjestelmiksi valikoitui maalämpöjärjestelmä, vesi-ilmalämpöpumppujärjestelmä, näiden yhdistelmä sekä yhdistäminen kaukolämmön rinnalle.
Lämmitystapavertailua varten kehitettiin erillinen laskentatyökalu, jolla saatiin selvitettyä
eri lämmitysjärjestelmien ja näiden yhdistelmien elinkaarikustannukset. Elinkaarikustannuksien kannattavuutta vertailtiin investoinnin tunnusluvuilla: sisäinen korko, nettonykyarvo sekä suora- että korollinen takaisinmaksuaika.
Investointikustannuksien kannalta oleellista oli energiakentän mitoittaminen kustannustehokkaasti. Työssä huomioitiin energiakentän lataaminen kiinteistön jäähdytysjärjestelmästä saatavalla hukkalämmöllä, jolloin energiakaivojen metrimäärää voitiin vähentää.
Investointikustannukset syötettiin kehitettyyn laskentatyökaluun ja investoinnin kannattavuuden tunnusluvut ja elinkaarikustannukset saatiin selvitettyä. Tarkastelluista lämmitysjärjestelmistä elinkaarikustannuksiltaan kannattavimmat lämmitysjärjestelmät olivat maalämpöjärjestelmä sekä maalämmön että vesi-ilmalämpöpumppujärjestelmän yhdistelmä. Electricity and district heating production are causing 32 % of Finland’s total emissions.
Approximately 87 % of electricity and district heating production emissions come from
buildings’ heating systems. Using coal in energy production is going to end in Finland in
2029. This has forced the district heating companies to make major changes to their production. District heating companies have increased the capacity of renewable fuels and decreased the capacity of fossil fuels. This has caused the rapid increase in district heating price. In the meanwhile, heat pumps are becoming more popular, due the tightening energy regulations, the increase of the district heating price, and due the development of heat pump technology.
The aim of this thesis was to study the economic viability of hybrid heating systems in a building, that has been connected to the local district heating system. Different variations were examined from district heating system, geothermal heating system, and air-to-water heat pump heating system.
One of the key contributions of this study was a calculation tool, which was created to evaluate the life cycle costs for each studied heating system. The cost-benefit of investments were defined by using internal rate of interest, net present value, direct payback period, and interest payback period.
The amount of bore wells greatly affect the invest costs of geothermal heating system. The lost heat of the cooling system was utilized and charged to bore wells. This allowed to decrease the amount the bore wells needed.
From the studied heating systems, geothermal heating system and hybrid system of geothermal heat and air-to-water heat pump proved to be the most profitable ones.
Työssä haluttiin tarkastella hybridilämmitysjärjestelmien kannattavuutta kaukolämpöön kytketyssä toimitilakiinteistössä. Vaihtoehtoisiksi lämmitysjärjestelmiksi valikoitui maalämpöjärjestelmä, vesi-ilmalämpöpumppujärjestelmä, näiden yhdistelmä sekä yhdistäminen kaukolämmön rinnalle.
Lämmitystapavertailua varten kehitettiin erillinen laskentatyökalu, jolla saatiin selvitettyä
eri lämmitysjärjestelmien ja näiden yhdistelmien elinkaarikustannukset. Elinkaarikustannuksien kannattavuutta vertailtiin investoinnin tunnusluvuilla: sisäinen korko, nettonykyarvo sekä suora- että korollinen takaisinmaksuaika.
Investointikustannuksien kannalta oleellista oli energiakentän mitoittaminen kustannustehokkaasti. Työssä huomioitiin energiakentän lataaminen kiinteistön jäähdytysjärjestelmästä saatavalla hukkalämmöllä, jolloin energiakaivojen metrimäärää voitiin vähentää.
Investointikustannukset syötettiin kehitettyyn laskentatyökaluun ja investoinnin kannattavuuden tunnusluvut ja elinkaarikustannukset saatiin selvitettyä. Tarkastelluista lämmitysjärjestelmistä elinkaarikustannuksiltaan kannattavimmat lämmitysjärjestelmät olivat maalämpöjärjestelmä sekä maalämmön että vesi-ilmalämpöpumppujärjestelmän yhdistelmä.
Approximately 87 % of electricity and district heating production emissions come from
buildings’ heating systems. Using coal in energy production is going to end in Finland in
2029. This has forced the district heating companies to make major changes to their production. District heating companies have increased the capacity of renewable fuels and decreased the capacity of fossil fuels. This has caused the rapid increase in district heating price. In the meanwhile, heat pumps are becoming more popular, due the tightening energy regulations, the increase of the district heating price, and due the development of heat pump technology.
The aim of this thesis was to study the economic viability of hybrid heating systems in a building, that has been connected to the local district heating system. Different variations were examined from district heating system, geothermal heating system, and air-to-water heat pump heating system.
One of the key contributions of this study was a calculation tool, which was created to evaluate the life cycle costs for each studied heating system. The cost-benefit of investments were defined by using internal rate of interest, net present value, direct payback period, and interest payback period.
The amount of bore wells greatly affect the invest costs of geothermal heating system. The lost heat of the cooling system was utilized and charged to bore wells. This allowed to decrease the amount the bore wells needed.
From the studied heating systems, geothermal heating system and hybrid system of geothermal heat and air-to-water heat pump proved to be the most profitable ones.