Hőszállítás Épületgépészet B.Sc., Épületenergetika B.Sc. 5. félév 2009. november 11.

A menetrend meghatározásaGazdaságos csőátmérő

Távhőrendszer tervezéseTávhőrendszer optimális üzeme

Gőz hőhordozó közegű távhőellátó rendszerekFeladatok

HőszállításÉpületgépészet B.Sc., Épületenergetika B.Sc. 5. félév

2009. november 11.

Radiátorok hőleadása

)()( veközradradkülsőbelsőkülsőkülső ttcmtAkttkAQ

bv

be

ve

bv

be

bvbe

kicsi

nagy

kicsinagyköz

tt

tttt

tt

tttttt

t

ttt

t

lnln

)()(

ln

)(

)(

0001

0

1

00000 ve

ven

köz

nköz

közn

köz

közn

köz

köz

köz

ttcm

ttcm

t

t

tAtK

tAtK

tAk

tkA

Q

Q

00

1

00

00

001

0

1

ln

ln

ve

ve

n

bv

be

ve

bv

be

ve

nköz

nköz

tt

tt

tt

tttttt

tttt

t

t

(állandó tömegáram esetén)

Szekunder menetrend

10

20

30

40

50

60

70

80

90

-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25

külső hőmérséklet

előr

emen

ő és

vis

szat

érő

hőm

érsé

klet

ek

te1

tv1

te2

tv2

menetrend

sarokpont

Állandó tömegáramú primer menetrendPrimer hőmérséklet-menetrendek az MSZ-09-85.007-86 szerint

0

20

40

60

80

100

120

140

-15 -10 -5 0 5 10 15

külső hőmérséklet (C)

előr

emen

ő és

vis

szat

érő

hőm

érsé

kle

t

névleges fűtési előremenő

névleges fűtési visszatérő

lineáris előremenő

lináris visszatérő

előnykapcsolású fűtés ésHMV termelés előremenő

előnykapcsolású fűtés ésHMV termelés visszatérő

Állandó tömegáramú menetrend

0

20

40

60

80

100

120

140

-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25

előre 1

vissza 1

HMV előállítás

előre 2

vissza 2

x

y

Vegyes (változó és állandó tömegáramú hőközpontokat kiszolgáló) rendszer

0

20

40

60

80

100

120

140

-15 -10 -5 0 5 10 15 20

külső hőmérséklet

prim

er é

s sz

ekun

der

hőm

érsé

klet

ek

t1'

t1"

t2'

t2"

Változó tömegáramú hőközpontAutomatikus soros-párhuzamos

kapcsolású hőközpont

119 lakás hőközpontja

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

-15 -10 -5 0 5 10 15 20

külső hőmérséklet °C

töm

egár

am k

g/s

fűtési tömegáramsoros HMV termelés többletigényepárhuzamos HMV termelés többletigénye

Gazdaságos csőátmérőA vezetéket egy bizonyos élettartamra létesítik. Célunk az élettartamra eső költségek minimalizálása. A költségek a beruházási és üzemeltetési költségekből állnak.

A beruházási költségek a csőátmérővel arányosak:

K1 ~ C1dAz üzemeltetési költségek a szivattyú teljesítményével arányosak. A szivattyúzási teljesítmény:

mszö

VHgP

A teljes élettartamra vetített költségek:

A szivattyú emelőmagassága megegyezik a hálózat nyomásveszteségével:

ezzel:

5

2

22

2

4

2

1

d

C

d

l

g

dV

d

lw

gH

52

2 d

CK

52

121 d

CdCKKK

a csővezeték átmérője

költ

ség

beruházási költség

üzemeltetési költség

összes költség

Forróvizes távhőellátó rendszer komplex tervezése

• A tervezés főbb lépései:• az ellátandó mértékadó hőigények meghatározása

• a rendszer típusának elemzése és kiválasztása

• a hőforrás típusának megválasztása

• a hálózat nyomvonalának és a vezetéktípusnak a kiválasztása

• a távhőellátó rendszer mértékadó hidraulikai és termikus paramétereinek kiválasztása mind a primer, mind a szekunder rendszerben– az előremenő vízhőmérséklet te

– a visszatérő vízhőmérséklet tv

– keringetett forróvíz tömegáram, illetve térfogatáram

– a betáplálási nyomáskülönbség

– ennek eszközei

• heurisztikus módszerek

• parciális optimalizációk• komplex optimalizáció

• a hidraulikai analízis végrehajtása a mértékadó hidraulikai állapotra és a közbenső üzemállapotokra

• a nyomásábra meghatározása, a nyomástartás típusának kiválasztása

• a keringetés rendszerének kiválasztása

• a hőközpont típusának és kapcsolásának kiválasztása

• a szabályozórendszerek kiválasztása

• a biztonsági filozófia

• primer és szekunder szabályozás

• a részletes gépészeti tervezés– fogyasztói berendezések

– hőközpontok

– primer és szekunder vezetékrendszer

– hőforrás

– primer és szekunder keringetés

– nyomástartás

Távhőellátó rendszer optimális üzemviteli paramétereinek meghatározása

A tömegáram és a primer hőmérsékletek kapcsolata

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 100 200 300 400 500

tömegáram (kg/s)

prim

er h

őmér

sékl

et előremenő, t külső= -15C

visszatérő, t külső= -15C

előremenő, t külső= 0C

visszatérő, t külső= 0C

előremenő, t külső= 12C

visszatérő, t külső= 12C

A hőszállítás költségei

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

primer tömegáram (kg/s)

köl

tség

(F

t/h

) a hőveszteség költsége, tk= -15C

szivattyúzási költség

összköltség, tk= -15C

a hőveszteség költsége, t k= 0C

összköltség, t k= 0C

a hőveszteség költsége, t k=12C

összköltség, t k=12C

pVkk

QkK hővill

villveszthőveszt )(

31,

1111

11

)(

1WKonst

WKonst

WWK PFR

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

hőár (Ft/GJ)

A v

illam

os e

ner

gia

ára

(Ft/

GJ)

F=0

F=0,4

F=0,8

F=1,2

F=1,6

Keszthely csúcsban

Keszthely csúcsidőn kívül

Pécs

Németországi átlag, csúcsidőn kívül

Ausztria

Csehország

Dánia

Finnország

Hollandia

Lengyelország

Nagy-Britannia

FŐTÁV Észak-Buda csúcsban

FŐTÁV Észak-Buda csúcson kívül

Nyíregyháza, 1999

FŐTÁV 2004

FŐTÁV 2004

Főtáv 2007

A hő-és villamos energia áraránya különböző magyarországi hőszolgáltatóknál és egyes OECD országokban

(2000-2007)

hő

hővill

k

kkF

)( *

A mintarendszer korlátozott optimális menetrendje k=0,61; F=0,81, 1999-es árakon

0

100

200

300

400

500

-15 -10 -5 0 5 10 15

külső hőmérséklet (C)

prim

er h

őmér

sékl

et (

C);

pri

mer

töm

egár

am (

kg/s

)

tömegáram; állandó tömegáramúmenetrend

előremenő hőmérséklet; állandótömegáramú menetrend

visszatérő hőmérséklet; állandótömegáramú menetrend

tömegáram; optimális menetrend

előremenő hőmérséklet; optimálismenetrend

visszatérő hőmérséklet; optimálismenetrend

tömegáram; optimális menetrend,korlátozott előremenő hőmérséklettel

előremenő hőmérséklet; optimálismenetrend korlátozott előremenőhőmérséklettelvisszatérő hőmérséklet; optimálismenetrend korlátozott előremenőhőmérséklettelhőfokgyakoriság (órák száma)

alaphelyzet (130/80 C) 6,41 mFt 100%optimális menetrend 2,79 mFt 43,5%korlátozott optimális menetrend 2,81 mFt 43,9%

Optimális menetrendek egy 5 hőközpontból álló távhőellátó rendszer számáraaz összes beépített teljesítmény 6,35 MW

0

20

40

60

80

100

120

-15 -10 -5 0 5 10 15

külső hőmérséklet (C)

hőm

érsé

klet

(C),

töm

egár

am (k

g/s)

előremenő csúcsban

visszatérő csúcsban

tömegáram csúcsban

előremenő csúcson kívül

visszatérő csúcson kívül

tömegáram csúcsonkívül

A keringetés költségei az előremenő hőmérséklet függvényében

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

60 70 80 90 100 110 120 130 140

előremenő hőmérséklet (C)

keri

nget

ési k

ölts

ég (F

t/h)

-12C

-8C

-4C

0C

4C

8C

minimumok

A primer keringetés költségei a szekunder hőmérséklet függvényében

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

primer tömegáram

pri

mer

ker

inge

tési

köl

tség

(F

t/h

)

t2'=90C

t2'=70C

Fontosabb következtetések• Az optimális primer menetrend meghatározásával beruházás

nélkül nyílik lehetőség a költségek csökkentésére.• Az optimális primer menetrend megvalósításának eszközei a

megfelelő változó tömegáramú rendszerekben rendelkezésre állnak.

• Ha ismerjük a hő költségét a primer tömegáram és előremenő hőmérséklet függvényében leíró összefüggést, az optimális primer menetrend kapcsoltan termelt hő esetében is meghatározható.

• Az optimális primer menetrend meghatározásához többféle módszer is alkalmazható. A megfelelő módszert a rendszer kialakítása és a rendelkezésre álló adatok alapján kell megválasztani.

Gőz hőhordozó közegű távhőellátó rendszerek

A víz telítési nyomása és párolgáshője0°C 0,0061112bar 2501,0 kJ/kg

100°C 1,0132 bar 2257,3 kJ/kg

105°C 1,205 bar 2248,9 kJ/kg

120°C 1,9854bar 2202,9 kJ/kg

180°C 10,003 bar 2014,0 kJ/kg

200°C 15,551 bar 1939,0 kJ/kg

300°C 85,917 bar 1403,1 kJ/kg

374,15°C 221,2 bar 0 kJ/kg

A gőz távhővezetékrendszer alkalmazásának előnyei és hátrányai

Előnyöknagyobb az 1 kg közeggel szállítható hőmennyiség

wcső=20-50 m/s → adott vezetékmérettel nagyobb hőáram szállítható (nagyobb Δp mellett)

a jobb hőátadási tényező miatt kisebb hőátadó felület szükséges

Hátrányoka kondenzkezelés nehézségei → bonyolult rendszerkialakítás

magas közeghőmérséklet kis hőigény esetén is → nagy hőveszteség

igényes vízkezelés, jelentős vízveszteségek → jelentős vízkezelési költségek

üzemeltetési nehézségek; a vizes rendszereknél nagyobb korróziós kockázat

Kondenzvezetékp = 8 bar → 0,5 bar

0,12 kg/kg sarjúgőz

1,16 m3/kg

0,88 kg/kg kondenzátum

0,00105 m3/kg

▬► 139 liter sarjúgőz

0,92 liter kondenzátum

99,4 tf% sarjúgőz

0,6 tf% kondenzátum!

(A kondenzvezeték lényegében nagyvíztartalmú nedves gőz szállító vezeték!)

Gőz távvezeték kialakítása

Gőzvezeték víztelenítése

Sarjúgőz hasznosítás

Nyomáscsökkentő szelep kialakítása

Hőcserélő szabályozása

Feladatok

1. Változó tengerszint feletti magasságon lévő területet ellátó távhővezeték nyomásdiagramja

2. Távfűtött lakóépület méretezési hőigényének becslése az éves hőfelhasználás alapján

2.

fűtési idény hőfogyasztásGJ/év

hőfokhíd°Cnap

2003-2004 1742,7 3041,5

2004-2005 1822,9 2919,7

2005-2006 1944,9 3024,2

2006-2007 1572,0 2540,5

2007-2008 1813,1 2804,0

idény

dQQ

0

mm tkAQ

tt

QtkAQ

m

m

Gt

Qtd

t

QdQQ

m

m

m

midényidény

00

QG

tQ m

m

n

tmQ

n

tm

Konfidencia intervallum:

95%: 229,0÷243,9 kW

20003-2004 2004-2005 2005-2006 2006-2007 2007-2008

218,8 238,5 245,6 236,3 247,0

átlag: 237,3 kW szórás: 11,27 kW

Köszönöma

figyelmet!