Replacement of natural gas fired space heating system in an industrial building with low carbon technologies
Sjöholm, Laura (2026)
Diplomityö
2026
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20260730113593
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20260730113593
Tiivistelmä
This thesis focuses on the replacement of natural gas-fired space heating system in an industrial building with low-carbon heating technologies. The case building in this thesis is the special steel processing hall at Ovako Imatra Oy Ab. The objective was to determine the current heating demand of the building and identify the technically and economically feasible replacement alternatives and compare them.
The current heating demand was estimated by calculating the heat losses of the hall complex and by forming heat balance based on measured energy consumption and estimated useful heat inputs. The heat balance included natural gas space heaters, district and areal heating, furnaces and electrical equipment. The calculated heat loss of the hall complex was approximately 3.9 MW at the design outdoor temperature of -29 ˚C.
The replacement alternatives evaluated in this thesis included direct electric heating, an air to-water heat pump with direct electric backup heating, a ground source heat pump with direct electric backup heating and an electric boiler with thermal energy storage. The alternatives were compared using operating costs, estimated investment costs and total annual costs.
The results show that all selected alternatives had lower operating costs than the current heating system during the examined period form 2020 to 2025. When annualized investment costs were included the air-to-water heat pump system had the lowest total annual costs with heat pump capacity of 1000 kW. The results are affected by uncertainties related to efficiencies, cost estimates and future electricity price development which needs to be taken into account. Tämä diplomityö keskittyy teollisuusrakennuksen maakaasukäyttöisen tilalämmitysjärjestelmän korvaamiseen vähähiilisillä vaihtoehdoilla. Tarkasteltava kohde on Ovako Imatra Oy Ab:n erikoisteräsosaston hallikokonaisuus. Työn tavoitteena oli määrittää rakennuksen nykyinen lämmöntarve ja selvittää teknisesti ja taloudellisesti toteuttamiskelpoisia lämmitysvaihtoehtoja sekä vertailla niitä.
Nykyistä lämmöntarvetta arvioitiin laskemalla hallin lämpöhäviöt ja muodostamalla lämpötase mitatun energiankulutuksen sekä arvioitujen hyödyllisten lämpövirtojen perusteella. Lämpötase sisälsi maakaasukäyttöiset tilalämmittimet, kauko- ja aluelämpö, uunit ja sähkölaitteet. Hallikokonaisuuden laskennallinen lämpöhäviö oli noin 3,9 MW mitoitusulkolämpötilassa -29 ˚C.
Tarkasteltavat korvaavat vaihtoehdot olivat suora sähkölämmitys, ilma-vesilämpöpumppu suoralla sähkövaralämmityksellä, maalämpöpumppu suoralla sähkövaralämmityksellä ja sähkökattila yhdistettynä lämpövarastoon. Vaihtoehtoja vertailtiin käyttökustannusten, arvioitujen investointikustannusten ja vuosittaisten kokonaiskustannusten perusteella.
Tulosten perusteella kaikki valitut vaihtoehdot olivat käyttökustannuksiltaan nykyistä lämmitysjärjestelmää halvempia tarkastelujaksolla 2020–2025. Kun vuosittaiset investointikustannukset otettiin mukaan, ilma-vesilämpöpumppu systeemillä saatiin pienimmät vuosittaiset kokonaiskustannukset, kun lämpöpumpun kapasiteetti oli 1000 kW. Tuloksiin liittyy epävarmuuksia hyötysuhteiden, kustannusarvioiden ja sähkön hinnan tulevan kehityksen osalta, mikä pitää ottaa huomioon.
The current heating demand was estimated by calculating the heat losses of the hall complex and by forming heat balance based on measured energy consumption and estimated useful heat inputs. The heat balance included natural gas space heaters, district and areal heating, furnaces and electrical equipment. The calculated heat loss of the hall complex was approximately 3.9 MW at the design outdoor temperature of -29 ˚C.
The replacement alternatives evaluated in this thesis included direct electric heating, an air to-water heat pump with direct electric backup heating, a ground source heat pump with direct electric backup heating and an electric boiler with thermal energy storage. The alternatives were compared using operating costs, estimated investment costs and total annual costs.
The results show that all selected alternatives had lower operating costs than the current heating system during the examined period form 2020 to 2025. When annualized investment costs were included the air-to-water heat pump system had the lowest total annual costs with heat pump capacity of 1000 kW. The results are affected by uncertainties related to efficiencies, cost estimates and future electricity price development which needs to be taken into account.
Nykyistä lämmöntarvetta arvioitiin laskemalla hallin lämpöhäviöt ja muodostamalla lämpötase mitatun energiankulutuksen sekä arvioitujen hyödyllisten lämpövirtojen perusteella. Lämpötase sisälsi maakaasukäyttöiset tilalämmittimet, kauko- ja aluelämpö, uunit ja sähkölaitteet. Hallikokonaisuuden laskennallinen lämpöhäviö oli noin 3,9 MW mitoitusulkolämpötilassa -29 ˚C.
Tarkasteltavat korvaavat vaihtoehdot olivat suora sähkölämmitys, ilma-vesilämpöpumppu suoralla sähkövaralämmityksellä, maalämpöpumppu suoralla sähkövaralämmityksellä ja sähkökattila yhdistettynä lämpövarastoon. Vaihtoehtoja vertailtiin käyttökustannusten, arvioitujen investointikustannusten ja vuosittaisten kokonaiskustannusten perusteella.
Tulosten perusteella kaikki valitut vaihtoehdot olivat käyttökustannuksiltaan nykyistä lämmitysjärjestelmää halvempia tarkastelujaksolla 2020–2025. Kun vuosittaiset investointikustannukset otettiin mukaan, ilma-vesilämpöpumppu systeemillä saatiin pienimmät vuosittaiset kokonaiskustannukset, kun lämpöpumpun kapasiteetti oli 1000 kW. Tuloksiin liittyy epävarmuuksia hyötysuhteiden, kustannusarvioiden ja sähkön hinnan tulevan kehityksen osalta, mikä pitää ottaa huomioon.