VRF- ja vesijäähdytysjärjestelmien vertailu toimistorakennusten jäähdytyksessä
Lindfors, Juha (2017)
2017
Ympäristö- ja energiatekniikka
Teknis-luonnontieteellinen 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
2017-09-06
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201708291855
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201708291855
Tiivistelmä
Diplomityöni tavoitteena oli vertailla toimistorakennusten jäähdyttämiseen käytettävää kahta järjestelmää, VRF-järjestelmiä ja vesijäähdytysjärjestelmiä. VRF-järjestelmä on suorahöyrysteinen järjestelmä, jossa kylmäaine höyrystyy sisälaitteissa jäähdyttäen samalla rakennuksen tiloja. Järjestelmä koostuu ulkoyksiköstä, kylmäaineverkostostoa ja enintään 64 sisäyksiköstä. Vesijäähdytysjärjestelmä on puolestaan välillinen järjestelmä, jossa vedenjäähdytyskone jäähdyttää viileää vettä, joka kiertää sisälaitteista koostuvassa putkiverkossa. Jäähdytyksestä aiheutuva lauhdelämpö luovutetaan ulkoilmaan suoraan lauhduttimen avulla tai vedenjäähdytyskoneella myös välillisen glykoliliuoskierron avulla.
Valittujen järjestelmien vertailemiseksi luotiin viisi kuvitteellista mallirakennustyyppiä (A, B, C, D ja E), joihin molemmat järjestelmätyypit mallinnettiin. Toimistorakennusten jäähdytys toteutettiin kahdessa rinnakkaisessa osiossa, tuloilmakoneella tehtävällä jäähdytyksellä ja huonetiloissa sijaitsevilla puhallinkonvektoreilla suoritettavalla jäähdytyksellä. Rakennustyyppien pinta-alaa kasvattamalla saatiin järjestelmien mitoitusjäähdytysteho vaihtelemaan välillä 30 – 350 kW. Tyypit A ja B mallinnettiin sisäasenteisilla ilmalauhdutteisilla vedenjäähdytyskoneilla, kun taas tyyppeihin C, D ja E valittiin sisäasenteinen vedenjäähdytyskone välillisellä liuoslauhdutuksella. Kaikkien tyyppien VRF-järjestelmät simuloitiin ulkoasenteisilla ilmalauhdutteisilla ulkoyksiköillä.
Järjestelmämallinnuksen avulla selvitettiin tärkeimpiä järjestelmien valintaan vaikuttavia tunnuslukuja, kuten investointikustannukset, vuosikylmäkertoimet, sähköenergiankulu-tus ja kannattavuutta kuvaavia vertailuarvoja. Lopputulosten mukaan VRF-järjestelmien vuosikylmäkertoimet ovat selvästi parempia ja vuotuiset sähköenergiakustannukset ovat pienemmät kaikissa tarkasteluun valituissa laskentatyypeissä. Vesijäähdytysjärjestelmä kuluttaa keskimäärin 60 % enemmän sähköenergiaa. Tarkasteluun valittujen investointikustannuksien osalta VRF-järjestelmät ovat myös halvempia tapauksissa A – D, mutta laskentatyypissä E VRF-järjestelmä on kalliimpi. Tyypin E VRF-järjestelmä jouduttiin toteuttamaan kahtena erillisenä järjestelmänä tehorajoitusten takia, mikä nosti suhteellisia hankintakustannuksia. Taloudellisen kannattavuutta kuvaavassa ekvivalentissa nettovuosikustannuksessa huomioitiin vain investointi- ja sähköenergiakustannukset. Arvion mukaan VRF-järjestelmä on taloudellisempi järjestelmä tyypeissä A – D. Tyypissä E kannattavuus riippuu järjestelmille valitusta käyttöiästä, jos käyttöikä on yhtä suuri, VRF-järjestelmät ovat myös taloudellisesti kannattavampia. Johtopäätös tutkimuksesta on, että VRF-järjestelmät ovat erittäin kilpailukykyinen valinta vesijäähdytysjärjestelmille ainakin tarkasteluun valituissa teholuokissa.
Valittujen järjestelmien vertailemiseksi luotiin viisi kuvitteellista mallirakennustyyppiä (A, B, C, D ja E), joihin molemmat järjestelmätyypit mallinnettiin. Toimistorakennusten jäähdytys toteutettiin kahdessa rinnakkaisessa osiossa, tuloilmakoneella tehtävällä jäähdytyksellä ja huonetiloissa sijaitsevilla puhallinkonvektoreilla suoritettavalla jäähdytyksellä. Rakennustyyppien pinta-alaa kasvattamalla saatiin järjestelmien mitoitusjäähdytysteho vaihtelemaan välillä 30 – 350 kW. Tyypit A ja B mallinnettiin sisäasenteisilla ilmalauhdutteisilla vedenjäähdytyskoneilla, kun taas tyyppeihin C, D ja E valittiin sisäasenteinen vedenjäähdytyskone välillisellä liuoslauhdutuksella. Kaikkien tyyppien VRF-järjestelmät simuloitiin ulkoasenteisilla ilmalauhdutteisilla ulkoyksiköillä.
Järjestelmämallinnuksen avulla selvitettiin tärkeimpiä järjestelmien valintaan vaikuttavia tunnuslukuja, kuten investointikustannukset, vuosikylmäkertoimet, sähköenergiankulu-tus ja kannattavuutta kuvaavia vertailuarvoja. Lopputulosten mukaan VRF-järjestelmien vuosikylmäkertoimet ovat selvästi parempia ja vuotuiset sähköenergiakustannukset ovat pienemmät kaikissa tarkasteluun valituissa laskentatyypeissä. Vesijäähdytysjärjestelmä kuluttaa keskimäärin 60 % enemmän sähköenergiaa. Tarkasteluun valittujen investointikustannuksien osalta VRF-järjestelmät ovat myös halvempia tapauksissa A – D, mutta laskentatyypissä E VRF-järjestelmä on kalliimpi. Tyypin E VRF-järjestelmä jouduttiin toteuttamaan kahtena erillisenä järjestelmänä tehorajoitusten takia, mikä nosti suhteellisia hankintakustannuksia. Taloudellisen kannattavuutta kuvaavassa ekvivalentissa nettovuosikustannuksessa huomioitiin vain investointi- ja sähköenergiakustannukset. Arvion mukaan VRF-järjestelmä on taloudellisempi järjestelmä tyypeissä A – D. Tyypissä E kannattavuus riippuu järjestelmille valitusta käyttöiästä, jos käyttöikä on yhtä suuri, VRF-järjestelmät ovat myös taloudellisesti kannattavampia. Johtopäätös tutkimuksesta on, että VRF-järjestelmät ovat erittäin kilpailukykyinen valinta vesijäähdytysjärjestelmille ainakin tarkasteluun valituissa teholuokissa.