Analysis of a new kind of district heating subdistribution system

Tutkimuksen tavoitteena on esittää ratkaisumalleja kaukolämmön kulutushuippujen tasaamiseen ja kaukolämpöveden jäähdytyksen parantamiseen uudentyyppisiä lämmön-jakokeskuksia soveltamalla. Lisäksi tavoitteena on selvittää uudentyyppisten lämmön-jakokeskusten kannattavuutta kuluttajan kannalta. Kaukolämpökuluttajana analyyseissä on asuinkerrostalo. Tutkimus tehtiin laskennallisesti. Uudentyyppisenä lämmönjakokeskuksena tarkastellaan kytkentää, jossa lämmintä käyttö-vettä varastoidaan vesivaraajaan, sekä kytkentää, jossa rakennuksen eri lämpötilatasoilla toimivilla lämmitysverkostoilla on yhteinen kaukolämpösiirrin ja tarvittavat eri lämpötilat tuotetaan toisiopuolen sekoituskytkennöillä. Perinteisessä lämmönjakokeskuksen kytkennässä kaikki lämmitysverkostot on kytketty kaukolämpöverkkoon erillisellä siirtimellä. Perinteisen kytkennän säädettävyys on hieman parempi kuin uudentyyppisen, mutta uudentyyppisessä kytkennässä säästetään siirtimien lämpöpintaa. Kytkennäksi tulisi valita tapauskohtaisesti kuluttajan kannalta edullinen vaihtoehto, jolla varmistetaan lisäksi hyvä säädettävyys ja kaukolämpöveden jäähdytys. Aikaisempien tutkimusten pohjalta tarkastellaan lämmitysverkoston kiertoveden jäähdy-tykseen ja siten myös kaukolämpöveden jäähdytykseen vaikuttavia tekijöitä, joita ovat lämmönluovuttimien ominaisuudet, lämmitysverkoston kiertoveden ylimitoitus sekä lämmönluovutustehon säätö. Käyttövesisiirtimen mitoitustehon vaikutusta kaukolämpöveden jäähdytykseen tarkastel-laan vuositasolla. Analyysien perusteella ei mitoitusteholla ole merkittävää vaikutusta kaukolämpöveden jäähdytykseen. Eri mitoitustehoilla lasketut vuoden keskimääräiset kaukolämpöveden paluulämpötilat eroavat toisistaan alle 2 °C (29 - 31 °C), minkä perus-teella käyttövesisiirtimen mitoitustehoja voitaisiin hieman pienentää. Varaajakytkennän kustannusanalyysien perusteella on varaajakytkentä kuluttajalle inves-tointina kalliimpi kuin perinteinen kytkentä, mutta toisaalta se pienentää kuluttajan tilausvesivirtaa, jolloin kuluttajan kaukolämmön liittymismaksun säästö tasoittaa kokonaiskustannuksia perinteiseen kytkentään verrattuna. Tämä edellyttää, että käyttöveden mitoituslämmitysteho on otettu huomioon tilausvesivirtaa määritettäessä. Varaajakytkennän toiminta-analyysien perusteella pystytään varaajaa käyttämällä läm-pimän käyttöveden kulutuksen aiheuttamia kaukolämmön kulutushuippuja leikkaamaan, jolloin kaukolämpöenergian kulutus tasaantuu. Kaukolämpöveden jäähdytys ei kasva varaajaa käyttämällä, mutta ei myöskään pienene. Käyttöveden varastoinnista saattaa aiheutua terveydellisiä riskejä. Terveysriskien välttämiseksi tulisi varaajan latauslämpö-tila mitoittaa vähintään +55 °C:seen. Kytkennällä, jossa ei ole varaajaa, analysoidaan kylmän ja lämpimän käyttöveden sekoi-tussäädön sekä lämpimän käyttöveden kierron vaikutuksia kaukolämpöveden jäähdytyk-seen ja käyttövesisiirtimen mitoitukseen. Kylmän ja lämpimän käyttöveden sekoitussäätö pienentää kaukolämpöveden jäähdytystä. Sekoituksen käyttö on perusteltua haluttaessa pitää lämpimän käyttöveden lämpötila tarkasti asetusarvossaan silloinkin, kun kulutusta ei ole. Kulutuksen aikana päästäisiin parempaan kaukolämpöveden jäähdytykseen, mikäli lämpimän käyttöveden runsas kiertovirtaus ohjattaisiin käyttövesisiirtimen ohi. Kierto-virtauksen ollessa vähäistä lämpimän käyttövesisiirtimen mitoitusvirtaukseen verrattuna (5 - 20 %) se ei merkittävästi vaikuta käyttövesisiirtimen kokoon. Lisäksi tarkastellaan kahden rinnakkaisen säätöventtiilin mitoitusta. Rinnakkaisilla venttiileillä saavutetaan etua yhteen venttiiliin verrattuna, jos niitä ohjataan sarjassa. Haluttaessa rinnakkaisten venttiilien säätösuhde mahdollisimman hyväksi tulee venttii-leistä ensin sulkeutuva mitoittaa suureksi sekä viimeisenä sulkeutuva venttiili pieneksi. Mitoitussuhde tulee valita siten, että suuremman venttiilin pienin säädettävissä oleva virtaus on pienempi kuin pienemmän venttiilin mitoitusvirtaama