Energiapaalujärjestelmän mallintaminen Helsingin Kalasataman alueella

Abstract

Tässä työssä tutkittiin energiapaalujen käyttöä lämmitysjärjestelmän osana kaupunkialueella. Kaupunkialueen rakentaminen tiivistyy koko ajan, ja parhaimmat tontit on jo rakennettu täyteen Helsingissä. Useat uudisrakennukset joudutaan perustamaan paaluille, joten näissä kohteissa voisi hyödyntää energiapaaluja lämmöntuotantoon. Tämä tukisi kaupungin kunnianhimoisia ilmastotavoitteita ja mahdollistaisi maalämmön hyödyntämisen suuremmalla mittakaavalla myös niillä tonteilla, joille ei mahdu riittävää määrää maalämpökaivoja vastaamaan rakennuksen lämmöntarpeeseen.

Työssä tarkasteltiin myös Helsingin kaupungin hiilineutraalisuustavoitteita sekä kaupunkialueen energiajärjestelmää yleisemmällä tasolla. Työssä on kerrottu useista lämmöntuotantoratkaisuista kuten kaukolämmöstä ja erilaisista lämpöpumppuratkaisuista.

Työssä on esitelty myös energiapaalujärjestelmän toimintaa sekä sen eroja maalämpöjärjestelmään verrattuna. Toteutuneita energiapaaluratkaisuja Suomesta ja Tanskasta on myös esitelty.

Tässä diplomityössä mallinnettiin Helsingin Kalasatamaan kuvitteellisen 1960-luvun lämmönkulutusprofiilin omaavan ja paaluille perustettavan kerrostalon lämmönkulutus niin, että viidesosa rakennuksen kuluttamasta lämmitysenergiasta tuotettiin energiapaaluilla. Simulointia varten GTK toteutti Kalasataman alueelle kolmelle testikaivolle ADTS-mittaukset ja Lapon Oy TRT-mittaukset. Kummastakin mittausmenetelmästä sekä mittaustuloksista on kerrottu työssä tarkemmin. Simulointitulokset osoittivat, että aktivoimalla rakennuksen kaikki 77 paalua energiapaaluiksi, järjestelmä pystyi tuottamaan halutun lämpöenergian ilman, että maaperä jäähtyy liikaa. Työssä käytettiin yksinkertaistettua simulointimallia, jolla saatiin karkeat tulokset energiapaalujen toiminnasta lämmitysjärjestelmän osana.

In this thesis energy piles were studied as a part of urban area’s heating system. The building in urban area is getting denser and the best plots are already built in Helsinki. Many of the new buildings have pile foundations which could be utilized as energy piles to produce heating energy for the building. This would support the city’s ambitious climate goals. Energy piles would also make possible to utilize geothermal heating on a higher level on plots which don’t have enough space for required number of geothermal wells.

The climate goals of City of Helsinki and the energy system in urban area were also considered in this thesis. Various heat production solutions, such as district heating and different heat pumps are described.

The operating principle of energy pile system is also presented. Some of the differences between energy piles and geothermal wells are pointed out. Currently operating energy pile systems from Finland and Denmark are described.

An imaginary apartment building was modeled in this thesis. The building located in Kalasatama, Helsinki, and its heating energy consumption was similar to an apartment building built in 1960s. Fifth of the total heating energy consumption was produced by energy piles. Total of three test wells were drilled in Kalasatama. The Geological Survey of Finland GTK carried out ADTS-measurements and Lapon Oy carried out TRT-measurements for these test wells. Descriptions and results of both measurements are described. The results from simulation pointed out that the energy pile system could produce the desired heating energy without freezing the soil if all of the building’s 77 piles were activated as energy piles. A simplified simulation model was used for this thesis to get rough results from energy piles operation as part of a heating system.