7.3 Teollisuuden prosessit
8.1.1 Kaupan kylmä
Kohteen nykyisestä kaupan kylmäjärjestelmästä voisi kuumalämpöpumpulla hyödyntää lauhdelämpöä kytkemällä se lauhteen paluuputkeen ilmanvaihdon esilämmittimien jäl-keen. Tällä järjestyksellä voitaisiin ensisijaistesti hyödyntää matalalämpöistä lauhdetta sulanapidossa sekä käyttöveden ja ilmanvaihdon esilämmityksessä. Näiden jälkeen lauh-teesta otettaisiin lämpöä kuumalämpöpumpulla ja siirrettäisiin sitä korkeamman lämpö-tilatason käyttöveden esilämmittimelle sekä kaukolämpösiirtimelle. Yksinkertaistettu kytkentä on esitetty kuvassa 8.
Kuva 8. Yksinkertaistettu kaupan kylmä -laitteiston lauhteentalteenottokytkentä kuumalämpö-pumpulla.
Tuotetun lauhdutuslämpöenergian lisäksi tulee selvittää muiden kaupan kylmän lauhde-lämpöä hyödyntävien järjestelmien lämmöntarpeet, jotta voidaan ratkaista kuumalämpö-pumpun optimaalisin käyttöaika. Motiva Oy:n Kaupan kylmälaitteiden ja -järjestelmien lauhdelämmön talteenotto -laskentaohjeessa on esitetty lauhdutusenergian tuotannon kuukausijakauma market-kokoluokan myymälälle. Oletetaan tämän vastaavan riittävän tarkasti myös hypermarket-kokoluokan myymälän tuotantoa. Jakauma on esitetty ku-vassa 9. (Kaipainen & Heikkilä, 2012)
Kuva 9. Kaupan kylmälaitteiden lauhdutusenergia market-kokoluokassa. Muokattu lähteestä:
Kaipainen & Heikkilä, 2012.
Kohteesta ei ole saatavilla tarkempia mittaustietoja kaupan kylmän lauhdetuotannosta.
Motiva Oy:n laskentaohjeessa on arvioitu market-kokoluokan myymälän lauhdetuotan-noksi noin 870 MWh vuodessa 130 kW:n kylmä- ja 25 kW:n pakkasteholla (Kaipainen
& Heikkilä, 2012). Skaalaamalla market-kokoluokan lauhdetuotanto tutkimuskohteen kylmä- ja pakkastehoihin (315 kW ja 58 kW), saadaan kohteen kaupan kylmän lauh-delämmön tuotannoksi noin 2080 MWh/a.
Motiva Oy:n laskentaohjeessa on esitetty myös ilmanvaihtoon saatavissa oleva lauh-delämmöstä talteen otettu energian kuukausijakauma 10 000 m² hypermarketille. Olete-taan tämän vastaavan riittävällä tarkkuudella myös suuremman hypermarketin ilmanvaih-don lämmittämiseen talteen otettua energiajakaumaa. Tämä kuukausijakauma on esitetty kuvassa 10. Vuosittaiseksi ilmanvaihdossa hyödynnettäväksi lauhdelämmöksi on esitetty 15000 m²:n hypermarketille noin 1100 MWh (Kaipainen & Heikkilä, 2012).
6,9 %
6,1 % 6,8 % 7,1 % 8,5 %
9,8 %
11,4 % 11,5 %
8,9 % 8,7 %
7,3 % 7,0 %
0%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
14%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Osuus koko vuoden lauhdelämmön tuotannosta
Kuukausi
Kuva 10. Ilmanvaihdossa hyödynnettävissä olevan lauhdelämmöstä talteen otetun energian kuu-kausijakauma. Muokattu lähteestä: (Kaipainen & Heikkilä, 2012, p. 16)
Kuvien 9 ja 10 perusteella arvioidaan kuumalämpöpumpun optimaalisimmaksi käyttö-ajankohdaksi touko-elokuu. Tarkastellaan lämpöpumpun hyödyntämistä kuitenkin koko vuoden ajanjaksolla, jotta voidaan arvioida lämpöpumpun käyttöä myös muuna aikana.
Lauhdelämpöä käytetään nykyisessä järjestelmässä myös käyttöveden esilämmittämi-seen. Käyttöveden esilämmitykseen käytetty lauhdelämmöstä saatu energia voidaan arvi-oida kulutetun lämpimän käyttöveden perusteella, Motiva Oy:n Lämpimän käyttöveden laskuohjeen mukaisesti. Kohteesta ei ole mitattua tietoa lämpimän käyttöveden kulutuk-sesta. Motiva Oy:n ohjeen mukaan, voidaan lämpimän käyttöveden osuudeksi arvioida 30 % rakennuksen kokonaiskäyttöveden kulutuksesta, kun kyseessä on muu kuin asuin-rakennus. Kohteesta oli saatavilla kuukausikohtaiset käyttöveden kulutustiedot vuosilta 2016–2018. Tämän datan perusteella keskimääräinen käyttöveden kulutus on ollut noin 4390 m³/a. Näin ollen saadaan lämpimän käyttöveden kulutukseksi 4390 m³/a · 0,3 = 1317 m³/a. Kohteesta saatujen suunnitelmia mukaan käyttöveden esilämmityspatteri on
13,9 % 12,1 %
13,5 %
9,7 %
5,7 % 3,3 %
1,6 % 2,5 % 5,7 %
9,9 % 12,0 %
10,0 %
0%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
14%
16%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Osuus koko vuoden talteenotetusta energiasta
Kuukausi
mitoitettu kylmän käyttöveden lämpötilalle 10 °C, tuottaen 30 °C:sta lämmintä käyttö-vettä. Näiden tietojen perusteella voidaan selvittää esilämmityspatterin vuotuinen lämmi-tysenergian määrä yhtälön (3) avulla (Koskelainen, et al., 2006, p. 57).
𝑄lämpö,kvl = 𝜌v𝐶pv𝑉lkv(𝑇lkv− 𝑇kv)/ 3600 s/h (3) missä
𝑄lämpö,kvl on lämpimän käyttöveden lämmittämiseen käytetty energiamäärä [kWh]
𝑉lkv on kulutettu lämpimän käyttöveden määrä [m³]
𝜌v on veden tiheys [kg/m³]
𝐶pv on veden ominaislämpökapasiteetti [kJ/kg,°C]
𝑇lkv on lämpimän käyttöveden lämpötila [°C]
𝑇kv on kylmän käyttöveden lämpötila [°C]
Yhtälöstä (3) saadaan:
𝑄lämpö,kvl = 998,2 kg
m3· 4,182 kJ
kg, °C· 1317 m3·(30 °C − 10 °C)
3600 s/h ≈ 30543 kWh Kuvassa 11 on esitetty kohteen kuukausittainen käyttöveden keskimääräinen kulutus suh-teessa koko vuoden kulutukseen kolmen vuoden ajanjaksolla.
Kuva 11. Kuukausittainen käyttöveden keskimääräinen kulutus suhteessa koko vuoden kulutuk-seen kolmen vuoden tarkasteluajalta.
Kuvan 11 perusteella käyttöveden kulutus on suhteellisen tasaista läpi vuoden, mutta ää-ripäiden välillä on eroa jo merkittävästi. Kuumalämpöpumpulla kaupan kylmän lauh-delämmöstä hyödynnettävä potentiaali saadaan vähentämällä ilmanvaihtopattereiden ja käyttöveden esilämmittimen kuukausittaiset energiankulutukset lauhteen kokonaistuo-tannosta. Kuvien 9, 10 ja 11 sekä kokonaisenergiankulutus- ja tuotantotietojen perusteella voidaan ratkaista kuukausikohtaiset lauhteen tuotanto- ja kulutusmäärät. Tulistuslauhde käytetään kaupan kylmäalueen kiertoilmakoneen lämmityspatterilla. Tämä osuus pitää vähentää saatavilla olevasta lauhdelämmöstä. Oletetaan, että kiertoilmakoneella käytet-tävän lauhdelämmön jakauma vastaa kuvan 9 mukaista lauhdelämmön jakaumaa ja suu-rimman lämmöntuotannon aikaan lämmityspatteri toimisi 90 % mitoitustehosta (50 kW).
Ratkaistut arvot on esitetty taulukossa 3.
7,8 % 6,8 %
8,2 % 8,0 % 9,6 %
8,8 % 9,1 % 8,8 %
8,0 % 8,1 % 8,2 % 8,5 %
0,0 % 2,0 % 4,0 % 6,0 % 8,0 % 10,0 % 12,0 %
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Kuukauden keskimääräinen käyttöveden kulutus suhteessa koko vuoden kulutukseen
Kuukausi
Taulukko 3. Kohteen kuukausikohtaiset lauhteen tuotanto, lauhdelämpö IV-pattereille ja käyttö-veden esilämmittämiseen, tulistuksen lauhdelämpö sekä kuumalämpöpumpulla hyödynnettä-vissä oleva lauhde.
Hyödynnettä-vissä oleva
lauhde
Taulukosta 3 voidaan havaita, että optimaalisin ajankohta lämpöpumpun käytölle olisi touko-lokakuu. Samalla voidaan nähdä, että hyödynnettävissä oleva lauhde on joinakin kuukausina 0 MWh. Näinä kuukausina lauhteen hyödyntäminen eri kohteissa on lasken-nallisesti ylittänyt lauhdetuotannon, jolloin lauhdetta ei jää lämpöpumpulla hyödynnettä-väksi. Lauhdetta käytetään nykyisessä järjestelmässä myös kulkualueiden sulanapitoon.
Tämä käyttö kuitenkin rajoittuu aikaan, jolloin ulkolämpötila on 0 °C:teen alapuolella.
Ilmatieteen laitoksen internet-sivuilta keräämän datan perusteella, kohdetta läheisessä mittauspisteessä on vuosien 2017-2019 toukokuussa lämpötila ollut alle 0 °C:tta 3,3 %:ia ajasta ja lokakuussa 14,5 %:ia ajasta (Ilmatieteen laitos, 2020). Näinä kuukausina ei siis tulla hyvin todennäköisesti tarvitsemaan merkittävissä määrin sulanapitoa. Joulukuun hyödynnettävissä oleva osuus jätetään pois tarkastelusta, sillä sen osuus kokonaispoten-tiaalista on pieni ja sulanapidon käyttö todennäköistä. Valitaan tarkastelujaksoksi touko-lokakuu. Tällä aikavälillä kaupan kylmän lauhdelämpöä olisi käytettävissä 728 MWh.