JultikaUniversity of Oulu repository

This thesis is made as a part of the RECENT project which aims to increase energy independency in rural areas by providing sustainable solutions to them. The aim of this thesis is to design an eco-district for the municipality of Muhos utilizing sustainable energy and other environmental friendly solutions. The main focus was to study household energy consumptions, compile consumption profile and size solar photovoltaic (PV) system for the area by modelling. At the start of the thesis a survey was held during a builder fair to clarify the interest of people towards eco-district and sustainable solutions. Theoretical part of this thesis included examining existing ecological settlements and their main features, different real estate company forms from legal and suitability points of view and typical energy issues related to buildings. Ecological settlements were found usually to have low energy consumption, renewable energy, recycling, good-quality materials and communality. Importance of careful planning and taking potential challenges into account were considered. Four different kinds of real estate company forms were examined; housing company, joint-stock property company, right of occupancy organization and co-operative housing association. Energy issues discussed included energy saving, ecological living habits, energy efficient appliances, heating technologies, electricity production with solar PV panels, energy storage and house automation. Practical part was started by choosing basic structures for the case. The area was chosen from town plan of Päivänpaisteenmaa in cooperation with the Muhos municipality’s representatives. The suitable area was chosen to be road Maijanlenkki because of its shape and surroundings. Plots, houses and common service building were planned for the area so that energy technologies could be sized in the next phase. Community, technical and northern aspects were taken into consideration. Additional solutions favored by people in the questionnaire were applied to this thesis which were common waste management system, composting and recharge point for electric cars. Energy demands in space heating, water heating and electricity were calculated for different types of households and consumption profile for the case area was compiled from actual measured data. Ground source heat pump (GSHP) system including borehole was sized based on the calculated energy demands. Different size solar PV systems were modelled by 3D modelling program SketchUp and an add-on Skelion. Actual weather data from Sotkamo and Oulu was used and results for oversized, optimal and individual scenarios were evaluated to choose a suitable solar PV solution for the case. Common waste management system was sized to the area from actual measured waste amounts. Finally economical calculations were done for the main solutions of the thesis. The designed eco-district was proposed to be joint-stock property company with eight detached houses, two semi-detached houses and common service building including about 40 residents. The GSHP systems for each house included pump with alternating condenser and 130–180 meters deep borehole. Solar PV system was sized to comprise of 236 solar PV panels, about 18 in each roof. The solar PV system electricity production exceeded consumption tremendously during summer and daytime. This excess electricity is meant to be used mainly in the common service building or secondarily it can be stored in electric car batteries, actual battery (LA or flow) storage for solar system or released to the grid for poor compensation. Shifting the consumption peak from evening to daytime as much as possible lessens the need for electricity storage. The common waste management system was profitable with and without composting. The price of the whole project was calculated to be about 300 000 euros per household.

Tämä diplomityö tehtiin osana RECENT-projektia, jonka tavoitteena on energiaomavaraisuuden lisääminen harvaan asutuilla alueilla tarjoamalla kestäviä ratkaisuja. Tämän työn tavoitteena on suunnitella Muhoksen kunnalle ekokortteli, jossa hyödynnetään kestäviä energiaratkaisuja ja muita ympäristöystävällisiä ratkaisuja. Pääpaino oli tutustua kotitalouksien energiakulutuksiin, muodostaa niistä kulutusprofiili ja mitoittaa aurinkopaneelijärjestelmä alueelle mallintamalla. Diplomityön alussa tehtiin kyselytutkimus rakentajamessuilla, jolla selvennettiin ihmisten mielenkiintoa ekokorttelia ja kestäviä ratkaisuja kohtaan. Tämän työn teoreettinen osuus sisälsi olemassa olevien ekologisten asuinalueiden ja niiden pääpiirteiden selvittämistä, erilaisten kiinteistöyhtiömuotojen juridisuutta ja sopivuutta hankkeelle ja tyypillisten rakennuksiin liittyvien energia-asioiden läpikäyntiä. Ekologisilla asuinalueilla huomattiin tyypillisesti olevan alhainen energian kulutus, kestäviä energiaratkaisuja, kierrätystä, laadukkaita materiaaleja ja yhteisöllisyyttä. Huolellinen suunnittelu ja potentiaalisten riskien huomioiminen oli tärkeää. Neljä erilaista kiinteistöyhtiömuotoa käytiin läpi; asunto-osakeyhtiö, kiinteistöosakeyhtiö, asumisoikeusyhtiö ja asunto-osuuskunta. Energia-asiat sisälsivät energian säästämistä, ekologisia elintapoja, energiatehokkaita kodinkoneita, lämmitysmuotoja, sähkön tuotantoa aurinkopaneeleilla, energian varastointia ja taloautomaatiota. Käytännön osuus aloitettiin valitsemalla projektille perusrakenteet. Asuinalue valittiin Päivänpaisteenmaan asemakaavasta yhteistyössä Muhoksen kunnan edustajien kanssa. Sopivaksi alueeksi valittiin Maijanlenkki-niminen tie, koska se oli sopivan muotoinen ja sopiva ympäristö. Tontit, talot ja yhteinen huoltorakennus suunniteltiin, jotta energiateknologiat saatiin mitoitettua seuraavassa vaiheessa. Yhteisölliset, teknilliset ja pohjoiseen sijaintiin liittyvät näkökulmat otettiin huomioon. Kyselyssä ihmisten suosimat ylimääräiset ratkaisut — yhteinen jätehuoltojärjestelmä, kompostointi ja sähköauton latauspiste — otettiin mukaan tähän työhön. Tilojen lämmityksen, veden lämmityksen ja sähkön tarve laskettiin erilaisille talouksille ja oikeasta mitatusta datasta muodostettiin kulutusprofiili alueelle. Maalämpöjärjestelmä porakaivoratkaisulla mitoitettiin laskettuihin energiakulutuksiin perustuen. Erikokoisia aurinkopaneelisysteemejä mallinnettiin 3D-mallinnusohjelmalla SketchUp ja siihen asennettavalla lisäosalla Skelion. Mallinnuksessa käytettiin oikeaa Sotkamossa ja Oulussa mitattua säädataa. Mallinnuksen tulokset ylimitoitetulle, optimaaliselle ja yksilölliselle skenaariolle arvioitiin, jotta sopiva aurinkopaneelijärjestelmä saatiin valittua alueelle. Yhteinen jätehuoltojärjestelmä mitoitettiin alueelle oikeisiin mitattuihin jätemääriin perustuen. Viimeisenä työn pääalueille tehtiin talouslaskelmat. Suunnitellulle ekokorttelille ehdotettiin ratkaisuksi kahdeksan omakotitalon, kahden paritalon ja yhteisen huoltorakennuksen kiinteistöosakeyhtiötä, jossa asuisi noin 40 asukasta. Jokaisen rakennuksen maalämpöjärjestelmä sisälsi vaihtuvalauhdutteisen lämpöpumpun ja 130–180 metriä syvän porakaivon. Mitoitettu aurinkopaneelijärjestelmä sisälsi 236 paneelia, noin 18 paneelia per katto. Aurinkopaneelijärjestelmän sähköntuotanto ylitti reilusti kulutuksen kesällä ja päiväsaikaan. Ylituotettu sähkö on tarkoitus hyödyntää pääasiassa yhteisessä huoltorakennuksessa tai toissijaisesti sitä voidaan varastoida sähköautojen akkuihin, oikeaan aurinkosähköjärjestelmille suunniteltuun akkuvarastoon tai se voidaan myydä valtakunnalliseen sähköverkkoon alhaisella hinnalla. Kulutuspiikin siirtäminen ilta-ajasta päiväsaikaan niin paljon kuin mahdollista vähentää sähkön varastoinnin tarvetta. Yhteinen jätehuoltojärjestelmä oli taloudellinen sekä kompostoinnin kanssa että ilman. Koko projektin hinnaksi tuli noin 300 000 euroa per talous.