A TÁVHŐRENDSZER MÉRETEZÉSE ÉS KIVITELEZÉSE A BERUHÁZÓ ÉS AZ ÜZEMELTETŐ SZEMPONTJÁBÓL
Takács János– Rácz Lukáš Szlovák Műszaki Egyetem, Pozsony Építőmérnöki Kar, Épületgépészeti tanszék
[email protected],
[email protected] 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 Az előremenő munkaközeg hőmérséklete θe = 130 °C a visszatérő munkaközeg hőmérséklete θv = 70 °C, a hő lépcső ∆θ = 60 °C.
o A munkaközeg – forró víz keringetését és az ehez szükséges nyomáskülönbséget két forró vizes keringető szivattyú biztosítja o A kompakt hőcserélő állomásokban lemezes hőcserélők kerülnek alkalmazásra. A primer oldalon a forró víz ∆θPR = 130/70 °C hő lépcsővel a szekunder ∆θSZ = 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 A szakirodalom szerint a fűtőberendezések munkaközegének sebességének értéke w = 0,5 és 2,5 m/s között választandó. o A fajlagos súrlódási nyomásesés értéke R = 50 és 200 Pa/m között ajánlott.
o 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 A keringető szivattyúk méretezéséhez szükséges az egész távhőrendszer nyomásigénye, számításához a következő összefüggés alkalmazható:
Δpk,sz = 1,1.((R.l)e+v + (Z) e+v + ΔpHKA) (Pa) (1) Ahol:
(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).
ΔpKHA – 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
Tömegáram
Hossz
Rész
Hőteljesítmény (kW)
DN
(kW)
(m3.h-1)
(m)
(mm)
(Pa.m-1)
(m.s-1)
(kPa)
(kPa)
(kPa)
Rs
ws
R.l
Z= 0,15. (R.l)
Rl +Z
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
Tömegáram
Hossz
Rész
Hőteljesítmény (kW)
(kW)
(m3.h-1)
(m)
(mm)
(Pa.m-1)
(m.s-1)
(kPa)
(kPa)
(kPa)
DN
Rs
ws
R.l
Z= 0,15. (R.l)
Rl +Z
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
Öszehasonlítás Peremfeltételek: • Keringető szivattyú nyomáskészsége - I. – II. Alternatíva. • Munkaközeg középhőmérséklete Ѳ = 100 °C. • Fűtőidény hossza d = 202 nap. • Éjszakai üzem Te = 8 óra. •Nappali üzem Tn = 16 óra. • Tömegáram csökkenése – 50 % I. alternatíva – a beruházó szempontjai 4.1
Szivattyú nyomásteljesítménye (kPa)
4.2
Szivattyú teljesítménye (kW), szivattyú energiafogyasztása (kWh)
115 + 315
430
474
HI = 47,4 m v.o.
20,7 kW – 24 843 kWh - 100 %
II. alternatíva – az üzemeltető szemszpontjai 4.3
Szivattyú nyomásteljesítménye (kPa)
4.4
Szivattyú teljesítménye (kW), szivattyú energiafogyasztása (kWh)
115 + 94
209
230
HII = 23 m v.o.
10,5 kW - 12 924 kWh - 52 %
I. alternatíva – kisseb DN DN
Hossz
12 m/db
1 m/db
Csövek
Szerelés
(mm)
(m)
(€)
(€)
(€)
(€)
150 150 125 125 80 kol.150 R 150/125 R 125/80
267 515 432 471 328
59,06 59,06 49,76 49,76 26,12
4,9 4,9 4,1 4,1 2,2
1 314,1 591,3 2 534,7 1 140,6 1 791,4 806,1 1 953,1 878,9 713,9 321,3 155,5 140,5 85,8
∑
8 688,9
Földmunkák Földmunkák füvesítés aszfalt (€)
512,5 988,5 698,6 761,7 278,4
(€)
Összes (€)
446,8 861,8 609,1 664,0 242,7
2 864,7 5 525,6 3 905,2 4 257,7 1 556,4 155,5 140,5 85,8
∑ 18 491,3
II. alternatíva – nagyobb DN DN
Hossz
12 m/db
1 m/db
Csövek
Szerelés
(mm)
(m)
(€)
(€)
(€)
(€)
200 200 150 150 100 kol.200 R 200/150 R 150/100
267 515 432 471 328
87,77 87,77 59,06 59,06 36,84
7,3 7,3 4,9 4,9 3,1
1 952,9 3 766,8 2 126,2 2 318,1 1 007,0 272,0 205,6 122,5
∑ 11 770,9
878,8 1695,1 956,8 1043,1 453,1
Földmunkák Földmunkák füvesítés aszfalt (€)
(€)
761,6 1469,1 829,2 904,1 392,7
664,0 1280,7 722,9 788,2 342,4
Összes (€)
4 257,3 8 211,6 4 635,0 5 053,5 2 195,2 272,0 205,6 122,5
∑ 24 952,6
Éves megtakarítás (ezer €/év)
BK keringető szivattyúk (ezer €)
ÜK 25 év (ezer €)
Megtakarítás25 év (ezer €)
14,50
118,0
0,0
8,69 18,49
II.
100 23,0
12 924
0,19
2,45
2,27
12,19
61,4
56,6
11,77 24,98
BK + ÜK összesen (ezer € BK + ÜK összesen (%)
ÜK/év (ezer €)
0,00
BK összesen (ezer €)
Energia ár (€/kWh)
4,72
BK összesen (ezer €)
Energiafogyasztás (kWh)
0,19
BK a csővezetékre (ezer €)
Emelőmagasság (mvo)
24 834
Térfogatáram (m3/h)
100 47,4
Alternatíva I.
33,0 151,0 100,0 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
200 000
151 572€
Csövezet
Szivattyú
Öszköltség (€)- 25 év
150 000
98 622€
100 000
50 000
0 potrubná sieť čerpadlo náklady na životný ciklus - 25 rokov prevádzky (€)
Életciklus alatti költség – 25 éves üzem üzem I.alternativa Alternatíva1-- investor beruházó II. Alternatíva alternativa- 2üzemeltető - prevádzkovateľ 18491 24982 14500 12188 118 581
61 452
160000 140000
53 ezer.€
Költségek €
120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 0
5
10
Évek
15
20
25
TPE 100-250/4S -prevádzkovateľ üzemeltető
TPE 100-520/2S - investor beruházó
Kölcségek €
60 000 50 000 40 000 30 000
20 000 10 000 0 0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
Évek TPE 100-520/2S - investor beruházó
TPE 100-250/4S -prevádzkovateľ üzemeltető
4,5
5
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.
