Dynaamiset energiasimuloinnit rakennusten lämmityksen jouston määrityksessä : tilalämmityksen rajoittaminen vesikiertoisissa lämmitysjärjestelmissä

Abstract

Tässä diplomityössä tarkastellaan dynaamisin simuloinnein tilalämmityksen rajoittamista lämmityksenjoustomekanismina. Työssä tutkitaan geometrialtaan samankokoista tilaa asuinkerrostalossa, toimistorakennuksessa ja oppilaitoksessa. Tarkastelut tehdään viidessä ikäryhmässä valmistumisvuoden mukaan. Rakenteille määritellään tekniset ominaisuudet ja tiloille tilatyypin mukainen käyttö. Tilat simuloidaan rakennustyyppien ja ikäryhmien mukaan kolmen eri vuorokauden tuntisarjalla. Simuloinneissa verrataan keskenään tilojen lämmityksen perustilannetta sekä kahta eri tilalämmityksen rajoitustilannetta. Lopuksi tutkimuksessa esitetään simulointiin pohjautuva lämmityksenrajoituksen mitoitus uudelle ja vanhalle asuinkerrostalolle. Mitoituksessa rakennuksille simuloidaan vaikeimman tilan mukainen tarvittava osateho eri ulkolämpötiloissa. Osatehoista saadaan selvitettyä lämmitysjärjestelmän menoveden lämpötilat ja rajoitustilanteen menoveden säätökäyrä.

Tutkimuksessa rajoitusaikana käytettiin klo 6–9 aamulla ja klo 18–21 illalla. Tulosten perusteella rakennuksen ikä vaikuttaa siihen kuinka paljon tilalämmitystä voidaan rajoittaa. Vanhemmissa rakennuksissa tilan lämmityslaitteen tulee toimia osateholla rajoitusaikana, jottei sisälämpötila laske alle hyväksyttävän lämpötilan. Mitä vanhempi rakennus on, sitä enemmän osatehoa tarvitaan. Uusissa rakennuksissa osatehoa ei tarvittu tuntisarjasta ja rajoitusajasta riippuen lainkaan. Työn lopussa rajoitustilanne mitoitettiin uudelle ja vanhimman ikäryhmän asuinkerrostalolle. Uusissa asuinkerrostaloissa kokonaislämmitysteho laski rajoitustilanteessa noin 95–50 % perustilanteesta ja vanhoissa asuinkerrostaloissa noin 20–35 %. Vuorokausikohtainen energiankulutus laski vanhoissa rakennuksissa alle 2 %. Uusissa rakennuksissa energiankulutus laski noin 3–17 % perustilanteesta.

In this master’s thesis the limiting of space heating is studied as a mechanism for demand side management by conducting dynamic energy performance simulations. The thesis examines a geometrically identical room in apartment buildings, office buildings and educational buildings. The buildings are divided into five age brackets by completion year. Technical properties and usage by building type are defined. The examined spaces are simulated by building type and age bracket in three different hourly series representing different days. Two different heating demand limiting strategies are compared with the baseline heating scenario. Finally, the study presents the method to size and design the limiting of space heating by simulation for new and old apartment buildings. The required space heating part load is simulated in different outdoor temperatures for the most demanding space in the building. Hot water supply temperatures and temperature curve can then be determined from the simulated part loads for space heating demand limiting.

Space heating demand is limited in the study between 6-9 in the morning and between 18-21 in the evening. Based on the results the amount of limiting is dependent on the age of the building. In older buildings, heating part loads are necessary so that indoor temperatures do not drop below acceptable range. In older buildings more heating is required during limiting periods. In newer buildings, depending on the hourly series and the limiting period, no part loads are necessary. Finally, the study presents the design of space heating demand limiting control for apartment buildings in the newest and the oldest brackets. In new apartment buildings the heating load decreased from the baseline during demand limiting by 50-95 % and in old buildings by 20-35 %. In old apartment buildings the daily energy consumption difference from the baseline was less than 2 % while in new buildings the difference was 3-17 %.