Pientalon energiatehokkuuden ja kustannusten optimointi energiasimuloinnissa geneettisellä algoritmilla
Hilpinen, Joni Arttu Sakari (2015)
2015
Ympäristö- ja energiatekniikan koulutusohjelma
Luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2015-12-09
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201511251804
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201511251804
Tiivistelmä
Etelä-Suomessa sijaitsevan, pinta-alaltaan 150 m2, pientalon kustannuksia ja energiatehokkuutta optimoitiin. Kustannuksiin kuuluvat investointi- ja energiakustannukset 25 vuoden tarkasteluajalta. Energiatehokkuuden indikaattori oli E-luku. Suunnittelumuuttujiksi valittiin ulkoseinien, yläpohjan ja alapohjan lämmöneristystaso, ikkunoiden lämmönjohtavuus, rakennusvaipan ilmanpitävyys, ilmanvaihdon lämmöntalteenoton vuosihyötysuhde ja mahdollisen aurinkokeräinjärjestelmän keräinpinta-ala. Optimaaliset ratkaisut etsittiin erikseen kolmelle eri lämmitysjärjestelmälle. Tarkasteltavia lämmitysjärjestelmiä olivat maalämpö- ja kaukolämpöjärjestelmä sekä ilmalämpöpumpulla varustettu suora sähkölämmitysjärjestelmä.
Optimointi suoritettiin optimointisimulointi menetelmällä, käyttämällä simulointiin TTY:ssa kehitettyä DBES-energiasimulointiohjelmaa sekä optimointiin Matlab-ohjelman geneettisen algoritmin funktiota. Käytännön kannalta tärkein ratkaisu on kustannusoptimaalinen ratkaisu, jossa investointi- ja energiakustannukset on minimoitu.
Kustannusoptimaalisten ratkaisujen perusteella rakenteet kannattaa eristää valituilla eristysmateriaaleilla siten, että saavutetaan ulkoseinille lämmönläpäisykerroin 0,16 - 0,17 W/m2K, yläpohjalle 0,08 W/m2K ja alapohjalle 0,15 - 0,16 W/m2K. Ikkunoiden lämmönläpäisykerroin 1,0 W/m2K on riittävä. Rakennuksen ilmanpitävyydellä ei ollut suurta merkitystä ja se vaihteli q50 arvolla ilmoitettuna välillä 1,33 – 3,86 1/h. Lämmöntalteenoton hyötysuhde kannattaa käytetyillä hinnoilla aina maksimoida 80 prosenttiin. Aurinkokeräinjärjestelmä on kannattava investointi ainoastaan ilmalämpöpumpun kanssa, sillä se vähentää käyttöveden suoraa sähkölämmitystarvetta merkittävästi. Herkkyystarkastelussa tutkittiin, miten tarkasteluajan pituus ja oletettu energian hintojen nousu vaikuttavat kustannusoptimaalisiin ratkaisuihin ja todettiin, että ratkaisut muuttuvat merkittävästi vasta pitkillä tarkasteluajoilla ja nopealla energian hinnan nousulla. Tuloksissa esitetään kustannusoptimaalisia ratkaisuja näihin erilaisiin taloudellisiin ennusteisiin.
Optimointi suoritettiin optimointisimulointi menetelmällä, käyttämällä simulointiin TTY:ssa kehitettyä DBES-energiasimulointiohjelmaa sekä optimointiin Matlab-ohjelman geneettisen algoritmin funktiota. Käytännön kannalta tärkein ratkaisu on kustannusoptimaalinen ratkaisu, jossa investointi- ja energiakustannukset on minimoitu.
Kustannusoptimaalisten ratkaisujen perusteella rakenteet kannattaa eristää valituilla eristysmateriaaleilla siten, että saavutetaan ulkoseinille lämmönläpäisykerroin 0,16 - 0,17 W/m2K, yläpohjalle 0,08 W/m2K ja alapohjalle 0,15 - 0,16 W/m2K. Ikkunoiden lämmönläpäisykerroin 1,0 W/m2K on riittävä. Rakennuksen ilmanpitävyydellä ei ollut suurta merkitystä ja se vaihteli q50 arvolla ilmoitettuna välillä 1,33 – 3,86 1/h. Lämmöntalteenoton hyötysuhde kannattaa käytetyillä hinnoilla aina maksimoida 80 prosenttiin. Aurinkokeräinjärjestelmä on kannattava investointi ainoastaan ilmalämpöpumpun kanssa, sillä se vähentää käyttöveden suoraa sähkölämmitystarvetta merkittävästi. Herkkyystarkastelussa tutkittiin, miten tarkasteluajan pituus ja oletettu energian hintojen nousu vaikuttavat kustannusoptimaalisiin ratkaisuihin ja todettiin, että ratkaisut muuttuvat merkittävästi vasta pitkillä tarkasteluajoilla ja nopealla energian hinnan nousulla. Tuloksissa esitetään kustannusoptimaalisia ratkaisuja näihin erilaisiin taloudellisiin ennusteisiin.