Energiaoptimointi koneälyn avulla : Rakennusaikainen vesikiertolämmitys

Abstract

Diplomityön tavoitteena on laskennallisesti todentaa rakennusaikaisten vesikiertolämmittimien energian säästöpotentiaali käynnissä olevalla rakennusprojektilla, sekä toteuttaa laadullinen tutkimus energiaoptimoinnin toteutukesta käytössä olevaan vesikiertolämmityskalustoon. Tutkimustyö tähtää vastuullisempien lämmitysjärjestelmien käyttöön olemassa olevan teknologian implementoinnin avulla. Tutkimus jakautuu kahteen osa-alueeseen, joista ensimmäinen numeerinen tutkimus käsittelee lämmitysenergian säästöpotentiaalia. Tutkimuksessä hyödynnetään käytössä olevaa jälkilaskentatietoa sekä toteutetaan ilman lämpötilan mittaus Ahveniston sairaala- työmaalla. Näiden menetelmien avulla saadun laskentatiedon avulla voidaan tarkastella lämmitysjärjestelmän energiaoptimoinnin tarvetta. Tutkimistyön toinen osa on laadullinen tutkimus, joka vastaa tutkimuskysymykseen: Miten energiaoptimointi toteutetaan käytössä olevaan vesikiertolämmittimeen? Tässä osiossa syvennytään vesikiertolämmittimen toimintaperiaatteen ymmärtämiseen sekä sen toiminnallisuuksien kehittämiseen koenälyn avulla. Tutkimukseen hyödynnettiin saatavilla olevaa kirjallisuutta sekä aineistoa, joita skaalattiin TRIZ- suunnitteluteorian avulla yhteensopivaksi. Lopputuloksena on älykkään ohjauksen toimintakuvaus sekä ohjausjärjestelmän avulla todennettu ohjauksen haluttu toiminta. Pohjana energiasäästöpotentiaalille on numeerisen tutkimuksen tulokset ja analyysit, joista huomataan että tavoitellut tuotanto-olosuhteet vaativat lämmitysjärjestelmän älykkään ohjauksen reaaliajassa. Näitä tuloksia on tarkoitus hyödyntää osana isomman hankkeen investointipäätöstä sekä tuottaa data-analytiikkaa konsernin käyttöön. Diplomityö on osa kahden yrityksen kehitysprojektia. Kehitysprojektissa haluttiin yhdistää konetekniikan ja automaation osaaminen, sekä tuoda markkinoille energiatehokkaampia lämmitysjärjestelmiä. Tilaaja yritys Skanska Rakennuskone Oy on osa Skanska AB- konsernia, jonka tavoitteet rakentamisen energiakustannusten pienentämisessä sekä ympäristovaikutusten vähentämisessä ohjasivat tätä tutkimustyötä.

The goal of the master's thesis is to computationally verify the energy-saving potential of water circulation heaters during the construction phase of an ongoing building project. Additionally, a qualitative study is conducted on the implementation of energy optimization in the existing water circulation heating equipment. The research aims to promote the use of more sustainable heating systems through the implementation of existing technology.

The study is divided into two parts. The first, a numerical investigation, addresses the potential for energy savings in heating. Existing retrospective data is utilized, and temperature measurements are carried out at the Ahvenisto Hospital construction site. The calculated data obtained from these methods is used to assess the need for energy optimization in the heating system.

The second part of the research is a qualitative study that answers the research question: How is energy optimization implemented in the existing water circulation heater? This section delves into understanding the operating principles of the water circulation heater and developing its functionalities through the use of artificial intelligence. Existing literature and materials are leveraged, scaled with the TRIZ design theory for compatibility.

The outcome is a description of the intelligent control and the verified desired functionality achieved through the control system. The basis for energy-saving potential relies on the results and analyses of the numerical study, indicating that the targeted production conditions require real-time intelligent control of the heating system. These findings are intended to be utilized as part of a larger project's investment decision and to generate data analytics for the corporation.

The master's thesis is part of a joint development project between two companies. The project aimed to combine expertise in mechanical engineering and automation to introduce more energy-efficient heating systems to the market. The contracting company, Skanska Rakennuskone Oy, is part of the Skanska AB group, whose goals of reducing construction energy costs and environmental impacts guided this research.