Hiilidioksidikylmälaitoksen ja maalämpöjärjestelmän optimointi liikennemyymäläkiinteistössä

Abstract

Kylmäainelainsäädännön tiukentuessa luonnollisilla kylmäaineilla toimivia kylmälaitoksia otetaan entistä enemmän käyttöön. Hiilidioksidikylmäaine on ympäristöystävällinen ja turvallinen valinta marketin kylmäkoneistoon. Lisäksi hiilidioksidikylmälaitoksen lämmön talteenottopotentiaali on erittäin hyvä, mikä tekee järjestelmästä kannattavan kiinteistössä, jossa on sekä kylmäkalusteiden ja -tilojen jäähdytyksen että rakennuksen lämmityksen tarve. Laudelämmön talteenoton lisänä maalämpöjärjestelmä on hyvä valinta rakennuksen lämmityksessä ja ilmastoinnin jäähdyttäjänä. Lisäksi maalämpöjärjestelmän energiakaivoja voidaan käyttää kylmäjärjestelmän lämpönieluna, mikä mahdollistaa matalamman lauhtumislämpötilan kylmälaitokselle parantaen kylmäjärjestelmän tehokkuutta erityisesti kesäaikana. Tämän työn yksi tavoite on selvittää, mikä on optimaalisin tapa käyttää keskikokoisen liikennemyymäläkiinteistön hiilidioksidikylmälaitosta lämmöntalteenoton näkökulmasta, kun lisälämpöä saadaan maalämpöpumpulla. Toinen tavoite on tarkastella maalämpöjärjestelmän mitoitusta ja suunnittelua sekä sitä, onko kylmälaitoksen lauhduttaminen energiakaivoihin kannattavaa. Vastaus ongelmiin saadaan mallintamalla ja optimoimalla kylmälaitoksen toimintaa yhdessä energiakaivoja kanssa. Tämän avulla löydetään kylmälaitokselle optimaaliset toiminta-arvot käyttökustannusten näkökulmasta. Lisäksi tehokkain energiakaivojen mitoitustapa voidaan määrittää. Työn ensimmäisessä osiossa käydään läpi hiilidioksidikylmälaitoksen teoriaa. Tämän lisäksi perehdytään erilaisiin hiilidioksidikylmälaitoksiin sekä lämmönpoisto- ja lämmöntalteenottoratkaisuihin Teoriaosan toinen aihekokonaisuus käsittelee maalämpöjärjestelmän suunnitteluun vaikuttavia tekijöitä. Laskennallisessa osiossa käydään läpi mallinnuksessa käytettävät menetelmät ja laskennan alkuarvot. Tutkimus osoittaa, että hiilidioksidikylmälaitoksen ja maalämpöpumpun yhteiskäytössä kylmälaitoksen lauhtumislämpötilaa kannattaa nostaa talvella lauhdelämmöntalteenoton lisäämiseksi. Energiakaivot kannattaa mitoittaa niin, että kylmälaitoksen lämmöntalteenotto otetaan huomioon lämmityksessä ja että kaksoiskäyttöistä maalämpöpumppua hyödynnetään kesällä myös vedenjäähdytyskoneena sen sijaan, että jäähdytys toteutettaisiin pelkästään vapaajäähdytteisesti energiakaivojen avulla. Huippulämmityksessä otetaan käyttöön lisäksi sähkökattila. Tämän tutkimuksen tulosten mukaan ei tyypillisesti ole kannattavaa liittää kylmäjärjestelmän lauhduttimia energiakaivoihin. Matalampi kylmäjärjestelmän lauhtumislämpötila ja lämmön siirto energiakaivoihin ei kompensoi järjestelmän suurempaa investointikustannusta.