A TÁVHŐRENDSZER MÉRETEZÉSE ÉS KIVITELEZÉSE A BERUHÁZÓ ÉS AZ ÜZEMELTETŐ SZEMPONTJÁBÓL Takács János Rácz Lukáš Szlovák Műszaki Egyetem, Pozsony Építőmérnöki Kar, Épületgépészeti tanszék jan.takacs@stuba.sk, lukas.racz@gmail.com 2013 szeptember 26 MESZ 2013 1028 Budapest II. ker.,templom u. 2-10., Klebelsberg Kultúrkúria
A távhőrendszer adottságai o A a hőközpontot négy forró vizes kazán alkotja, o o o Az előremenő munkaközeg hőmérséklete θ e = 130 C a visszatérő munkaközeg hőmérséklete θ v = 70 C, a hő lépcső θ = 60 C. A munkaközeg forró víz keringetését és az ehez szükséges nyomáskülönbséget két forró vizes keringető szivattyú biztosítja A kompakt hőcserélő állomásokban lemezes hőcserélők kerülnek alkalmazásra. A primer oldalon a forró víz θ PR = 130/70 C hő lépcsővel a szekunder θ SZ = 75/55 C hő lépcsővel üzemel.
A távhőrendszer elvi kapcsolása
A távhőrendszer adottságai o A számításoknál figyelembe vettük a csövezeték súrlódási ellenállását (R.l), illetve a helyi ellenállások Z (szelepek, könyökök, redukciók, stb.) értékét is. o A helyi ellenállásokat kb. 10 és 20 % közötti értékben számoltuk a súrlódási ellenállásból. o o o A szakirodalom szerint a fűtőberendezések munkaközegének sebességének értéke w = 0,5 és 2,5 m/s között választandó. A fajlagos súrlódási nyomásesés értéke R = 50 és 200 Pa/m között ajánlott. A következő példan alapján rá szeretnénk mutatni két elmélet közötti különbségre.
A peremfeltételek megválasztása A távhőrendszer két diametrálisan eltérő szempontból került elemezésre: I. Alternatíva - a beruházó szempontja: Nagyon gyakori a beruházó és kivitelező hozzáállása, hogy minél olcsóbban szeretné az egész távhőrendszert megvalósítani. A tervezőt arra bíztatja, hogy a csövezetet kisebb DN átmérőkre méretezze, és ezennel olcsóbb legyen az előszigetelt csőrendszer. II. Alternatíva - az üzemeltető szempontja: Az üzemeltető ugyanakkor arra törekszik, hogy az üzemeltetési költségek túlzottan ne terheljék a hőszolgáltatót. A tervezőt arra bíztatja, hogy a csővezetéket nagyobb névleges átmérőkre méretezze, ebből kihozólag drágább az előszigetelt csőrendszer.
A csőhálózat méretezése Ahol: A keringető szivattyúk méretezéséhez szükséges az egész távhőrendszer nyomásigénye, számításához a következő összefüggés alkalmazható: Δp k,sz = 1,1.( (R.l) e+v + (Z) e+v + Δp HKA ) (Pa) (1) (R.l) a súrlódási nyomásesés, amely a fajlagos súrlódási nyomásesés és a csővezeték hosszától függ (Pa), Z - a helyi ellenállás (szelepek, kanyarok, redukciók és stb.), amely ilyen esetekben kb. 10 20 %-a a súrlódási nyomásesésből - a távhőrendszer bonyolultsága szerint (Pa). Δp KHA kompakt hőcserélő állomás nyomásigénye a primer oldalon (Pa). A számítások méretezési táblázatok alapján végezhetők, amelyekből a távhőrendszer nyomásviszonyait a nyomásdiagram mutatja ki. Ezekből a nyomásdiagramokból meg tudjuk határozni a távhőrendszer nyomásviszonyait.
A csőhálózat méretezése I. alternatíva a beruházó szempontja Hőteljesítmény Rész Hőteljesítmény Tömegáram Hossz DN R s w s R.l Z = 0,15. (R.l) Rl +Z (kw) (kw) (m 3.h -1 ) (m) (mm) (Pa.m -1 ) (m.s -1 ) (kpa) (kpa) (kpa) 1 KHA 1 1450 1 6 955 99,69 267 150 180 1,57 48,06 7,21 55,27 2 KHA 2 1350 2 5 505 78,91 515 150 120 1,24 61,80 9,27 71,07 3 KHA 3 1295 3 4 155 59,56 432 125 170 1,37 73,44 11,02 84,46 4 KHA 4 1625 4 2 860 40,99 471 125 100 0,94 47,10 7,07 54,17 5 KHA 5 1235 5 1235 17,70 328 80 135 0,94 44,28 6,64 50,92 6955 2013 315
Az I. alternatíva nyomásdiagrama
Az I. alternatíva keringető szivattyúja - TPE 80-520/2-S/55
A csőhálózat méretezése II. alternatíva az üzemeltető szemszögéből Hőteljesítmény Rész Hőteljesítmény Tömegáram Hossz DN R s w s R.l Z = 0,15. (R.l) Rl +Z (kw) (kw) (m 3.h -1 ) (m) (mm) (Pa.m -1 ) (m.s -1 ) (kpa) (kpa) (kpa) 1 KHA 1 1 450 1 6 955 99,69 267 200 37 0,83 9,88 1,48 11,36 2 KHA 2 1 350 2 5 505 78,91 515 200 26 0,66 13,39 2,01 15,40 3 KHA 3 1 295 3 4 155 59,56 432 150 64 0,94 27,65 4,15 31,80 4 KHA 4 1 625 4 2 860 40,99 471 150 32 0,65 15,07 2,26 17,33 5 KHA 5 1 235 5 1 235 17,7 328 100 49 0,63 16,07 2,41 18,48 6 955 2 013 94
A II. alternatíva nyomásdiagrama
A II. alternatíva keringető szivattyúja - TPE 100-250/4-S/55
A két nyomásdiagram összehasonlítása
I. alternatíva a beruházó szempontjai 4.1 Szivattyú nyomásteljesítménye (kpa) 115 + 315 430 474 H I = 47,4 m v.o. 4.2 Öszehasonlítás Peremfeltételek: Keringető szivattyú nyomáskészsége - I. II. Alternatíva. Munkaközeg középhőmérséklete Ѳ = 100 C. Fűtőidény hossza d = 202 nap. Éjszakai üzem T e = 8 óra. Nappali üzem T n = 16 óra. Tömegáram csökkenése 50 % Szivattyú teljesítménye (kw), szivattyú energiafogyasztása (kwh) 20,7 kw 24 843 kwh - 100 % II. alternatíva az üzemeltető szemszpontjai 4.3 Szivattyú nyomásteljesítménye (kpa) 115 + 94 209 230 H II = 23 m v.o. 4.4 Szivattyú teljesítménye (kw), szivattyú energiafogyasztása (kwh) 10,5 kw - 12 924 kwh - 52 %
I. alternatíva kisseb DN DN Hossz 12 m/db 1 m/db Csövek Szerelés Földmunkák füvesítés Földmunkák aszfalt Összes (mm) (m) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 150 267 59,06 4,9 1 314,1 591,3 512,5 446,8 2 864,7 150 515 59,06 4,9 2 534,7 1 140,6 988,5 861,8 5 525,6 125 432 49,76 4,1 1 791,4 806,1 698,6 609,1 3 905,2 125 471 49,76 4,1 1 953,1 878,9 761,7 664,0 4 257,7 80 328 26,12 2,2 713,9 321,3 278,4 242,7 1 556,4 kol.150 155,5 155,5 R 150/125 140,5 140,5 R 125/80 85,8 85,8 8 688,9 18 491,3
II. alternatíva nagyobb DN DN Hossz 12 m/db 1 m/db Csövek Szerelés Földmunkák füvesítés Földmunkák aszfalt Összes (mm) (m) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 200 267 87,77 7,3 1 952,9 878,8 761,6 664,0 4 257,3 200 515 87,77 7,3 3 766,8 1695,1 1469,1 1280,7 8 211,6 150 432 59,06 4,9 2 126,2 956,8 829,2 722,9 4 635,0 150 471 59,06 4,9 2 318,1 1043,1 904,1 788,2 5 053,5 100 328 36,84 3,1 1 007,0 453,1 392,7 342,4 2 195,2 kol.200 272,0 272,0 R 200/150 205,6 205,6 R 150/100 122,5 122,5 11 770,9 24 952,6
Alternatíva Térfogatáram (m 3 /h) Emelőmagasság (m vo ) Energiafogyasztás (kwh) Energia ár ( /kwh) ÜK/év (ezer ) Éves megtakarítás (ezer /év) BK keringető szivattyúk (ezer ) ÜK 25 év (ezer ) Megtakarítás25 év (ezer ) BK a csővezetékre (ezer ) BK összesen (ezer ) BK összesen (ezer ) BK + ÜK összesen (ezer BK + ÜK összesen (%) I. 100 47,4 24 834 0,19 4,72 0,00 14,50 118,0 0,0 8,69 18,49 33,0 151,0 100,0 II. 100 23,0 12 924 0,19 2,45 2,27 12,19 61,4 56,6 11,77 24,98 37,2 98,6 65,3 Nagyob DN csöveknél (a II. Alternatívánál): - magasabbak a beruházó költségek - kb. 35 %, - alacsonyabb R-nél a keringető szivattyú nyomásteljesítménye alacsonyabb, melynek ára is alacsonyabb 15 %-al - az üzemeltetési költségek csökkennek 48 %-kal
Öszköltség ( )- 25 év 200 000 151 572 Csövezet 150 000 Szivattyú 98 622 100 000 50 000 Életciklus alatti költség 25 éves üzem üzem 0 I. alternativa Alternatíva 1- - investor beruházó II. Alternatíva alternativa - 2 üzemeltető - prevádzkovateľ potrubná sieť 18491 24982 čerpadlo 14500 12188 náklady na životný ciklus - 25 rokov prevádzky ( ) 118 581 61 452
Kölcségek Költségek 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 60 000 Évek 0 5 10 15 20 25 TPE 100-520/2S - investor beruházó TPE 100-250/4S -prevádzkovateľ üzemeltető 53 ezer. 50 000 40 000 30 000 20 000 10 000 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 TPE 100-520/2S - investor beruházó Évek TPE 100-250/4S -prevádzkovateľ üzemeltető
Az előadásban foglalkoztunk olyan adottságokkal mint a (hőtávrendszer hidraulikai viszonyai, beruházási költségek - BK és az üzemeltetési költségek - ÜK. A hőtávrendszer egyes részeinek kiválasztása nem egyszerű feladat. A beruházási költség az II. alternatívánál magasabb, mivel a csövezet nagyobb DN-nel van megvalósítva. Az üzemeltetési költségek viszont nagy mértékben csökkennek. A tervezés folyamán találkozni kellene a beruházónak, tervezőnek és a üzemeltetőnek és közös megeggyezés alapján kiválasztani a legmegfelelőbb megoldást. Egyértelműen a II. alternatíva a gazdaságosabb.