JultikaUniversity of Oulu repository

Suomessa tapahtui voimakas kaupungistuminen, joka alkoi 1960-luvulla ihmisten muuttaessa maaseudulta kaupunkeihin. Kaupungistumisen myötä rakennettiin paljon kerrostaloja vastaamaan asuntopulaan. Nykypäivänä nämä kerrostalot ovat noin 50 vuotta vanhoja, eivätkä ne vastaa nykyajan vaatimuksia energiatehokkuudesta. Korjausrakentamisen yhteydessä on suoritettava energiatehokkuuden parannus. Yksi mahdollinen keino on asentaa kiinteistöön poistoilmalämpöpumppu. Poistoilmalämpöpumppu sopii vanhoihin kerrostaloihin erittäin hyvin, koska vanhoissa taloissa on hyvin usein pelkkä koneellinen poistoilmanvaihto ilman lämmöntalteenottoa. Kaupungistuminen näkyy myös Lahden kaupungissa. Työn tavoitteena on tutkia poistoilmalämpöpumppujen vaikutusta kohdekiinteistöjen kaukolämmönkulutukseen ja lämpöpumpuilla saatavaan tehojouston potentiaaliin Lahti Energian kaukolämpöverkossa. Vaikka yksittäisen lämpöpumpun teho on varsin vaatimaton, mahdollistaa Lahden rakennuskannassa sopivien kiinteistöjen suuri lukumäärä tehojousto potentiaalin tutkimisen, sillä oletuksella, että lämpöpumppu asennettaisiin sopiviin kohteisiin. Työssä on tutkittu 20 kiinteistöä, joihin poistoilmalämpöpumppu on asennettu. Tehtävän analyysin perusteella voidaan arvioida poistoilmalämpöpumppujen soveltuvuutta osaksi Lahti Energian kaukolämpöverkkoa yhtenä lämmitysmuotona. Tutkittavien kohteiden pohjalta saatiin kattava kuva poistoilmalämpöpumpun vaikutuksista kaukolämmön kulutukseen kiinteistöissä. Kaukolämmön kulutus on pudonnut tutkittavissa kohteissa noin puoleen poistoilmalämpöpumpun myötä. Samaan aikaan kokonaisostoenergian osuus on pudonnut noin 30–40 %. Poistoilmalämpöpumpulla vastataan myös lainsäädännön vaatimuksiin energiatehokkuuden päivittämisestä korjausrakentamisessa. Tutkittavissa kohteissa poistoilmalämpöpumppujen keskimääräiseksi hyötysuhteeksi, COP-kertoimeksi saatiin 3,68. Hyvän hyötysuhteen ansiosta poistoilmalämpöpumput osoittautuivat käyttökustannuksiltaan edulliseksi lämmitysratkaisuksi perinteisen kaukolämmön rinnalle. Poistoilmalämpöpumpuilla tuotetun MWh hinnaksi saatiin 22,6 €, kun se maakaasulla hyötysuhdehäviöt huomioiden on 68,9 €/MWh. Tällä hetkellä hajautetun tuotannon teho jää vielä vaatimattomaksi tehojouston kannalta, mutta potentiaalia löytyy. Työssä arvioitiin, että Lahti Energian kaukolämpöverkossa on potentiaalisia poistoilmalämpöpumppukohteita noin 350. Tämä tarkoittaisi jo 13 MW tehon lisäystä lämmöntuotantoon. Hajautetun tuotannon lisäämisellä voitaisiin vähentää suoraan maakaasun tarvetta kaukolämmöntuotannossa, mutta myös mahdollistaa entistä markkinapohjaisemman kaukolämmöntuotantoa, missä kaukolämmön tuotanto toteutettaisiin halvimmalla polttoaineella. Kaukolämpöyhtiön on itsessään hankala toteuttaa tehojoustoa omassa verkossaan ilman asiakkaan suostumusta. Lahti Energia onkin lanseerannut uuden kaukolämpö 2.0 -konseptin, joka tarjoaa asiakkaille lämpöä palveluna. Ajatuksena on siirtyä entisen €/MWh hinnoittelun sijaan tarjoamaan asumisolosuhteita joista asiakas maksaa kiinteää kuukausihintaa. Konsepti mahdollistaa Lahti Energialle lämmöntuotannon optimoinnin hajautetun tuotannon ja keskitetyn tuotannon välillä ilman, että lämmöntuotannon kokonaisuus kärsii. Samalla voidaan ehkäistä tilanteita, joissa on vaarana tuottaa ylimäärin lämpöä kaukolämpöverkkoon, jolloin se joudutaan lauhduttamaan paikalliseen vesistöön. Tulosten perusteella kaukolämpöyhtiöiden on järkevää olla mukana hajautetun tuotannon murroksessa ja aktiivisesti suunnittelemassa hajautetun tuotannon eri muotoja myös muiden alan toimijoiden kanssa. Loppujen lopuksi kaiken hajautetun tuotannon lisääminen näkyy perinteisen, keskitetysti tuotetun kaukolämmön tarpeen vähenemisenä.

There was a strong urbanization in Finland, which began in the 1960s when people moved from rural to urban areas. With urbanization, many apartment blocks were built to accommodate these people. Today, these apartment buildings are about 50 years old and do not meet today’s energy efficiency requirements. In connection with renovation construction, an energy efficiency improvement has to be done. One possible way is to install an exhaust air heat pump into the property. The exhaust air heat pump is ideal for old apartment buildings, since old houses often have mechanical exhaust ventilation only without any heat recovery. Urbanization can also be seen in the city of Lahti. The aim of this thesis is to study the effect of heat pumps on the district heat consumption in targets properties and on the potential of demand response by using heat pumps beside Lahti Energy company’s district heating network. Even though the power of a single heat pump is quite modest, a large building stock enables to study demand response carried out applying exhaust air heat pumps. Assumption is that heat pumps are installed to these buildings. In this study, 20 properties were examined for which an exhaust air heat pump had been installed. Based on the analysis of district heat consumption data, it is possible to estimate the suitability of heat pumps as a part of Lahti Energy district heating network as a one heating option. Based on the studied apartment houses, a comprehensive picture of the effects of the exhaust air heat pump on the consumption of district heat in buildings was obtained. The consumption of district heat has decreased to about half with the exhaust air heat pump. At the same time, the share of total purchasing power has decreased by about 30–40%. The heat pump also responds to the requirements of legislation for upgrading energy efficiency in renovation. In those studied houses the average efficiency value of exhaust air heat pumps, the Coefficient Of Performance, COP was 3.68. Thanks to their efficiency, the exhaust air heat pumps proved to be a cost-effective heating solution alongside the traditional district heating. The cost of one MWh produced by the heat pumps was 22.6 €, while it was 68.9 €/MWh with natural gas when considering efficiency losses. Presently, the power of decentralized production remains modest in terms of demand response, but there is a potential. In this thesis it was estimated that the district heating network of Lahti Energy has some 350 potential houses where exhaust air heat pump could be installed. This would mean in total of 13 MW power increase for district heating production. Increased decentralized production could directly reduce the need for natural gas as a fuel in district heating, but also enable more market-based district heating production where the district heat is produced using the cheapest fuel. It is difficult for the district heating company itself to implement demand response in its own network without the customer’s consent. Lahti Energy has launched a new kaukolämpö 2.0 concept that provides heat as a service to customers. The idea is to move from the present €/MWh pricing to provide housing conditions where the customer pays a fixed monthly price. The concept enables Lahti Energy to optimize heat production between decentralized and centralized production, without the heat production being affected. At the same time, it is possible to prevent situations where there is a risk of generating excess heat to the district heating network. On the basis of the results, it is wise for district heating companies to be involved in the shift in decentralized production and to be actively involved in designing different forms of decentralized production with other operators in the industry. After all, all decentralized production decreases traditional, centralized produced district heat consumption.