Transcript KAUGKÜTTE SOOJUSVÕRKE ISELOOMUSTAVAD SUURUSED

S
o
o
j
u
s
t
e
h
n
i
k
a
I
n
s
t
i
t
u
u
t
KAUGKÜTTE SOOJUSVÕRKE ISELOOMUSTAVAD SUURUSED
SOOJUSVÕRGU TORUDE DIAMEETRITE OPTIMEERIMINE
Aleksandr Hlebnikov
Sissejuhatus
Käesoleva töö eesmärgiks on soojusvõrgu soojuskadude
arvutusmudeli koostamine ja selle rakendamine soojusisolatsiooni
tegeliku seisundi väljaselgitamiseks tegelike soojuskadude alusel.
Iga vaadeldud soojusvõrgu kohta on tehtud arvutusmudel,
mille abil tegelike soojuskadude alusel on leituid soojusisolatsiooni
hinnangulised soojusjuhtivustegurid ja maaaluses kanalis asuvate
torude soojusläbikandetegurid.
Arvestades soojusläbikandeteguri sessoonset muutust on
võimalik anda saadud tulemuste alusel soovitusi soojuskadude
arvutuslikuks hindamiseks ka teistes soojusvõrkudes, kus puudub
ülevaade tegelikest soojuskadudest.
Põhiline suurus, mille järgi saab hinnata
soojusvõrgu efektiivsust on soojuskaotegur qhlf..
Soojuskaotegur näitab, kui suur osa soojusvõrku
väljastatud soojusest ei jõudnud tarbijateni.
Soojuskaotegur ei sõltu mitte ainult
soojusisolatsiooni efektiivsusest.
Soojuskaotegur on määratud nelja parameetriga:




Üldine
soojusläbikandetegur
soojusisolatsiooni efektiivsust;
Ko,
W/(m2·K),
iseloomustab
Torude eripind A/L, m2/m, iseloomustab torude keskmist suurust;
oC·h, iseloomustab soojuskandja
Kraad-tundide arv ∫Θdτ,
temperatuuritaset sõltuvalt aastakeskmiset välisõhu temperatuurist;
Soojusvõrgu
erikoormus
iseloomustabsoojustarbimise tihedust.
Q/L,
MW·h/m,
Soojusvõrgu üldise soojusläbikandeteguri võib
arvutada välja, teades soojustrassi konstruktsiooni ja
kasutatud soojusisolatsioonmaterjale.
Antud uuringus on üldine soojusläbikandetegur
leitud teades tegeliku soojuskadu võrgus.
Soojusvõrgu tegelik soojuskadu on saadud aasta
jooksul soojusvõrku väljastatud ja tarbijate saadud
soojushulkade vahena.
Soojusvõrgu soojuskaotegur on järgmine:
qhlf 
Qhlf
Q

K o  A    d
Q
 Ko 
( A / L )    d
Qhlf-soojusvõrgu jaotussoojuskadu aastas, MW·h,
(Q / L)
Q-soojusvõrku aasta jooksul väljastatud soojushulk, MW·h.
Üldine soojusläbikandetegur Ko ,
W/(m2·K) on järgmine:
Ko 
qhlf
 ( A / L)  Θ d 



(Q / L)


Tulemused
Kasutades kirjeldatud meetodit on leitud üldine
soojusläbikandetegur erinevatele Tallinna linna ja Eesti teiste
linnade soojusvõrkudele ja läbiviidud soojusvõrkude seisundi
objektiivne analüüs.
Arvutuste tulemused on esitatud järgmistel joonistel.
Võrdluseks on esitatud sarnased andmed ka Rootsi soojusvõrkude
kohta.
Tallinna ja ka teiste Eesti linnade maaaluste trasside üldine
soojusläbikandetegur on oluliselt kõrgem (kuni 3-4 korda) kui
sama diameetriga eelisoleeritud torudest maaalusel trassil.
Tallinna soojusvõrkude üldine soojusläbikandetegur sõltuvalt soojusvõrgu
keskmisest diameetrist
Eesti linnade soojusvõrkude üldine soojusläbikandetegur sõltuvalt soojusvõrgu
keskmisest diameetrist
Maaaluses kanalis asuvad vanad soojusvõrgud on väga
tundlikud niiskuse suhtes.
Vihmavesi ja lume sulamisel tekkiv vesi sattub kanalisse
ebatiheduste
kaudu,
ning
olulisel
määral
suurendab
soojusläbikandetegurit vanas soojusvõrgus. Joonisel on toodud
Võru soojusvõrk.
Täielikult rekonstrueeritud Orissaare soojusvõrgus niiskus ei
tungi sisse ja üldine soojusläbikandetegur ei suurene.
Võru linna Võrusoo soojusvõrgu torude üldine soojusläbikandetegur sõltuvalt
ilmastiku tingimustest
aastatel (1995-1999)
Orissaare soojusvõrgu torude üldine soojusläbikandetegur sõltuvalt ilmastiku
tingimustest aastatel (1996-1999)
Tallinna soojusvõrkudes mahuline erikoormus on 14-63
MW·h/m3 ja lokaalsetes võrkudes on 150-202 MW·h/m3.
Võrdluseks mahuline erikoormus Rootsi tüüpilistes võrkudes
on oluliselt suurem 160-170 MW·h/m3 ja ühepereelamute
soojusvõrkudes on veelgi suurem 300-500 MW·h/m3.
Eesti väikelinnade soojusvõrkudes mahuline erikoormus on
suurem kui Tallinna võrkudes, kuid madalam kui Rootsi
tüüpilistes võrkudes ja on vahemikus 59-233 MW·h/m3
Arvutuste tulemused näitavad, et Tallinna ning Eesti
väikelinnade soojusvõrkude torud on üledimensioneeritud.
Tallinna soojusvõrkude mahuline erikoormus sõltuvalt pikkuseliseterikoormusest
aastatel 1999-2003.
Eesti väikelinnade soojusvõrkude mahuline erikoormus sõltuvalt pikkuseliset
erikoormuset aastatel 1996-2002.
Üledimensioneeritud
soojuskadusid.
torud
suurendavad
võrgu
Arvutuste tulemused näitavad seda, et Tallinnas ja samuti ka
teiste linnade võrkudes torud on üledimensioneeritud.
Vaadeldud soojusvõrkude torude üledimensioneerituse
põhjuseks võib olla see, et võrgud olid projekteeritud suuremale
võimsusele, eeldades edasise arengu võimalust. Tänapäeval
soojustarbimine on mõnevõrra vähenenud: suurte tööstustarbijate
arv vähenes, eratarbijad püüavad soojust säästa.
Järgmistes tabelites on esitatud soojusvõrke
iseloomustavad suurused, millede abil on võimalik
objektiivselt hinnata nende seisukorda. Võrdluseks on
toodud andmed Rootsi tüüpiliste soojusvõrkude kohta.
Tallinna soojusvõrke iseloomustavad suurused
Network
Kesklinna
network
Mustamäe
network
Lasnamäe
network
Local
networks
in Tallinn
Year
1998
1999
2000
2001
2002
1998
1999
2000
2001
2002
1998
1999
2000
2001
2002
1998
1999
2000
2001
2002
qhlf
0,222
0,201
0,224
0,210
0,189
0,205
0,200
0,117
0,180
0,172
0,225
0,221
0,211
0,157
0,189
0,177
0,175
0,179
0,182
0,158
da ,
m
0,202
0,204
0,205
0,205
0,203
0,199
0,201
0,200
0,202
0,201
0,352
0,339
0,335
0,334
0,336
0,106
0,113
0,110
0,110
0,109
A/L,
m2/m
1,271
1,280
1,286
1,285
1,272
1,252
1,263
1,257
1,267
1,262
2,214
2,129
2,103
2,098
2,111
0,664
0,712
0,693
0,691
0,681
V/L,
m3/m
0,114
0,117
0,118
0,118
0,116
0,107
0,109
0,108
0,109
0,109
0,369
0,353
0,350
0,348
0,351
0,022
0,025
0,024
0,023
0,023
intΘdτ,
105 oCh
5,4
5,2
4,8
5,0
4,8
5,0
4,8
4,6
4,7
4,7
5,2
4,9
4,9
5,1
5,1
4,4
4,1
4,0
4,3
4,2
Q/L,
(MWh)/m
6,1
5,4
5,0
5,4
5,2
6,8
6,4
5,6
6,1
5,9
6,2
5,8
5,0
5,0
5,1
4,4
5,1
4,3
4,7
3,4
Q/V,
(MWh)/m3
53
46
42
46
45
63
59
52
56
54
17
16
14
14
14
202
205
183
199
150
Qheat loss/L,
(MWh)/m
1,3
1,1
1,1
1,1
1,0
1,4
1,3
1,0
1,1
1,0
1,4
1,3
1,1
0,8
1,0
0,8
0,9
0,8
0,8
0,5
Ko,
W/(m2K)
1,95
1,64
1,80
1,77
1,60
2,20
2,08
1,74
1,84
1,71
1,21
1,22
1,02
0,73
0,90
2,68
3,05
2,78
2,86
1,84
qdp,
(m K)/W
0,114
0,123
0,124
0,119
0,118
0,093
0,096
0,102
0,098
0,101
0,185
0,181
0,206
0,215
0,211
0,066
0,057
0,064
0,064
0,086
2
Eesti väikelinnade soojusvõrke iseloomustavad suurused
Network
Põlva
Jõujaam
network
Võrusoo ja
Vabaduse
(Võru)
Võrukivi
(Võru)
Kuressaare
Terme
(Türi)
Vabriku
(Türi)
Orissaare
Year
1998
1999
2000
1995
1996
1997
1998
1999
1995
1996
1997
1998
1999
1996
1997
1998
1999
1996
1997
1998
1999
1988
1999
1997
1998
1999
qhlf
0,248
0,260
0,245
0,157
0,162
0,194
0,236
0,213
0,170
0,169
0,117
0,156
0,156
0,228
0,229
0,255
0,243
0,387
0,379
0,395
0,400
0,200
0,192
0,122
0,123
0,130
da,
m
0,159
A/L,
m2/m
0,999
V/L,
m3/m
0,041
0,155
0,973
0,043
0,102
0,639
0,015
0,149
0,939
0,038
0,114
0,713
0,022
0,135
0,850
0,030
0,153
0,959
0,037
intΘdτ,
105 oC h
4,56
4,34
4,25
4,54
4,43
4,44
4,63
4,63
3,38
3,24
3,25
4,57
4,42
4,84
4,63
4,66
4,66
4,44
4,78
5,04
5,13
3,93
4,1
3,31
3,23
3,49
Q/L,
(MWh)/m
3,36
3,13
2,80
5,02
4,65
4,48
4,33
3,97
3,48
3,52
3,06
3,02
2,91
3,57
2,98
2,96
2,99
1,92
2,32
2,34
2,34
3,2
2,97
2,45
2,19
2,23
Q/V,
(MWh)/m3
83
77
69
116
108
104
100
92
230
233
203
200
192
94
78
78
78
87
105
106
106
106
98
66
59
60
qheat loss/L,
(MWh)/m
0,83
0,81
0,69
0,79
0,75
0,87
1,02
0,85
0,59
0,59
0,36
0,47
0,45
0,81
0,68
0,75
0,73
0,74
0,88
0,92
0,94
0,64
0,57
0,30
0,27
0,29
Ko,
W/(m2K)
1,90
1,93
1,72
1,82
1,84
2,08
2,05
1,89
2,65
1,89
1,72
1,62
1,61
1,81
1,58
1,73
1,67
2,36
2,58
2,56
2,56
1,91
1,66
0,94
0,87
0,87
qdp,
(m K)/W
0,131
0,135
0,142
0,088
0,093
0,096
0,104
0,113
0,062
0,059
0,068
0,097
0,097
0,127
0,146
0,148
0,146
0,165
0,147
0,154
0,156
0,104
0,117
0,130
0,141
0,150
2
Rootsi soojusvõrke iseloomustavad suurused
Network
Swedish
ordinary
networks:
Swedish onefamily
houses
networks:
da,
m
0,07-0,085 0,1400,150
A/L,
m2/m
0,8800,942
V/L, intΘdτ,
m3/m 105oCh
0,0315,6
0,035
0,15-0,21
0,1580,408
0,0010,007
qhlf
0,0250,065
4,8-5,5
Q/L,
(MWh)/m
5-6
Q/V,
(MWh)/m3
162-170
Qheat loss/L,
(MWh)/m
0,35-0,43
Ko,
W/(m2K)
0,9-1,1
0,5-2,0
302-510
0,105-0,3
2,5-4,0
Soojusvõrgu torude sisediameetrite optimeerimine
Kulude vordlus: G=const;t=var ja G=var;t=var
koormus: 1000kW
Kivioli uus soojusvork: 368 kr/MWh; I=10%; 30 aastat
115/65oC; Delta 50oC
Kulutused aastas, kr/m
1000
900
Torude maksumus
800
Pumpamiskulud (G=const;t=var)
Soojuskadude maksumus (G=const;t=var)
Summa (G=const;t=var)
700
Soojuskadude maksumus (G=var;t=var)
Pumpamiskulud (G=var;t=var)
600
Summa (G=var;t=var)
500
400
300
200
100
0
0
25
50
75
100
125
150
175
Torude diameeter DN, mm
200
225
250
275
300
Soojusvõrgu torude sisediameetrite optimeerimine
Optimaalse diameetri soltuvus koormusest
Kivioli uus soojusvork: 368 kr/MWh; I=10%; 30 aastat
115/65oC; Delta 50oC
450
425
400
Kvant_kval
375
Kval
Sisediameeter, mm
350
325
300
275
250
225
200
175
150
125
100
75
50
25
0
0
2500
5000
7500
10000
Koormus, kW
12500
15000
17500
20000
Erirõhukadu soojusvõrgu torudes
Erirohukadu soltuvus sisediameetrist
Kivioli
250
Vana vork
200
Erirohukadu R, Pa/m
Uus optimeeritud vork
150
100
50
0
0
50
100
150
200
250
300
Sisediameeter ds, mm
350
400
450
500
Vee kiirus soojusvõrgu torudes
Vee kiiruse soltuvus sisediameetrist
Kivioli
2,0
1,8
Vana vork
Soojuskandja kiirus V, m/s
1,6
Uus vork, Kval.reg
Uus vork, Kval-Kvant.reg
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
50
100
150
200
250
300
Sisediameeter ds, mm
350
400
450
500
Torude sisediameeter sõltuvalt soojuskoormusest
Sisediameetri soltuvus soojuskoormusest
Kivioli
500
Vana vork
Uus vork, Kval.reg.
450
Uus vork, Kval.-kvant.reg
Sisediameeter ds, mm
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Soojuskoormus Q, kW
14000
16000
18000
20000
Vanade ja optimeeritud soojusvõrkude võrdlus
Tabel 1. Soojusvorke iseloomustavad suurused
a). Valjastatud soojushulk kuni 5000 MWh/aastas
Soojusvork Susteemi Aasta Valjastatud Tarbitud
Soojuskadu, Katlamaja
tuup
soojushulk, soojushulk,
koormus,
Tarbijate Soojusvorgu
koormus, soojuskadude
koormus,
???d?,
qksj
5 o
L,
dk,
A,
V,
A/L,
m
m
2
m
3
m
m2/m
MWh
MWh
MWh
MW
MW
MW
10 ? C?h
0,834
0,648
0,186
5,03
0,259
597
0,149
559,1
12,5
0,94
0,670
0,648
0,022
5,03
0,047
405
0,065
166,2
3,1
0,41
1,210
1,000
0,210
3,29
0,24
1905 0,116 1385,9
47,1
0,727
1,200
1,120
0,080
5,10
0,13
1599 0,055
552,8
9,46
0,346
2,067
1,780
0,287
3,05
0,2
1732 0,165 1794,8
75,2
1,036
1,841
1,780
0,061
5,07
0,08
1374 0,083
718,5
15,7
0,523
???d?,
qksj
dk,
A,
V,
A/L,
m
2
3
m
m2/m
403,8
103,7
0,86
0,44
Haiba
olemasolev
4 toru
keskm.
2706
2005
701
optimeeritud
2 toru
keskm.
2103
2005
98
o
(-22 C juures)
Imavere
olemasolev
2 toru
keskm.
3264
2501
763
optimeeritud
2 toru
keskm.
3181
2801
380
o
(-23 C juures)
Rapina
olemasolev
2 toru
keskm.
5397
4308
1089
optimeeritud
2 toru
keskm.
4988
4626
370
o
(-23 C juures)
a). Valjastatud soojushulk kuni 50000 MWh/aastas
Soojusvork Susteemi Aasta Valjastatud Tarbitud
Soojuskadu, Katlamaja
tuup
soojushulk, soojushulk,
koormus,
Keila
olemasolev
optimeeritud
2 toru
2 toru
keskm.
keskm.
Tarbijate Soojusvorgu
koormus, soojuskadude
koormus,
5 o
MWh
MWh
MWh
MW
MW
MW
10 ? C?h
59974
52502
49880
49880
10093
2622
19,4
17,6
17,0
17,0
2,4
0,6
4,56
4,56
L,
m
m
0,168 11916 0,137 10234
0,050 11916 0,07 5241
Vanade ja optimeeritud soojusvõrkude võrdlus
Tabel 1. Soojusvorke iseloomustavad suurused (jargneb)
a). Valjastatud soojushulk kuni 5000 MWh/aastas
Soojusvork
V/L,
Q/L,
Q/V,
3
Qsjk /L,
3
m /m MWh/m MWh/m
Ku,
2
qjt ,
Markus
2
MWh/m W/(m K) (m K)/W
Haiba
olemasolev 0,021
4,5
216,9
1,174
2,495
0,104
temp.rez 95/70 oC
optimeeritud 0,008
6,7
684,4
0,242
1,256
0,04
temp.rez 95/70 oC
olemasolev 0,025
1,71
69,3
0,4
1,716
0,139
temp.rez 70/50 oC, suvel ei toota, sooja tarbevett ei toodeta ka kutteperioo
optimeeritud 0,006
1,99
336
0,24
1,355
0,089
temp.rez 95/70 oC
olemasolev 0,043
3,1
71,7
0,63
1,971
0,101
temp.rez 65/50 oC, suvel ei toota
optimeeritud 0,011
3,6
317
0,27
1,095
0,066
temp.rez 95/70 oC
Imavere
Rapina
a). Valjastatud soojushulk kuni 50000 MWh/aastas
Soojusvork
V/L,
Q/L,
Q/V,
3
Qsjk /L,
3
m /m MWh/m MWh/m
Keila
olemasolev 0,034
optimeeritud 0,009
5,0
4,4
148,5
506,5
Ku,
2
qjt ,
2
MWh/m W/(m K) (m K)/W
0,8
0,2
2,2
1,1
0,078
0,046
Markus

Tänan tähelepanu eest!