Kritikus hőszigetelési vastagságA hőközponti HMV termelés kialakítása

A menetrend meghatározásaTávhőrendszer tervezése

Távhőrendszer optimális üzemeFeladatok

HőszállításÉpületenergetika B.Sc. 6. félév

2009. március 30.

A hőszigetelés kritikus vastagsága

fajlagos hőátbocsátási tényező:

a szigetelés vastagságával befolyásolható:

szélsőérték:

Például:

ha αk=10 W/m2K; λszig=0,04 W/mK →Dkrit=0,008 m

ha αk=10 W/m2K; λszig=1 W/mK →Dkrit=0,2 m

A fajlagos hőátbocsátási tényező változása a szigetelés vastagságának függvényében, különböző hővezetési tényezőkre

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15szigetelési vastagság (cm)

fajl

agos

hőá

tboc

sátá

si té

nyez

ő (W

/mK

) λ=0,05

λ=0,4

λ=0,8

λ=1,5

Hőközpontok HMV oldali kialakítása

HMV rendszer kialakítása soros tárolóval

Párhuzamos kapcsolás• a tároló egyben hidraulikai

leválasztó is: csekély a HMV termelő rendszer nyomásvesztesége

• a szivattyú feladata a hőcserélő ág nyomásveszteségének fedezése

• a szivattyú munkapontját a beszabályozó szeleppel állítjuk be

• a hőcserélő térfogatárama közel állandó

• a szivattyú térfogatáramával egyező fogyasztás esetén a tárolóban nincsen áramlás; nagyobb fogyasztás esetén töltjük, kisebb fogyasztás esetén kisütjük a tárolót

A kapcsolás jelleggörbéjeA beszabályozás szerepe

Párhuzamos tároló jelleggörbéje

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

-0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

fogyasztás (térfogatáram)

nyo

más

kü

lön

bsé

g

tároló töltés

beszabályozó szelep ahőcserélő ágában

tároló kisütés

szivattyú

a hőcserélő ág eredőjelleggörbéje

eredő jelleggörbe,töltés

eredő jelleggörbe, kisütés

tároló töltés

tároló kisütés

a hőcserélő ág ellenállása

Soros és párhuzamos kapcsolás hőcserélőjének teljesítménye

Párhuzamos tároló hőmennyisége

Soros tároló hőmennyisége

A keveredéses és kiszorításos tárolóban tárolható hőmennyiség

cttVQ tárolótároló )( minmax

soros kapcsolás: tmax= 60°Ctmin:= 55°C

párhuzamos kapcsolás: tmax= 60°Ctmin:= 55°C

Vsoros/Vpárhuzamos = 10!ugyanazon hőmennyiség tárolása esetén

Például:

Radiátorok hőleadása

közradradkülsőbelsőkülsőkülső tAkttkAQ )(

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

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

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

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

kAWW

kAWW

f

eWW

e

ttW

Q

tt

tt)

11(

2

1

)11

(

21121

11

21

21

1

1

)(

2

1

1 tW

Qt f

1

1

2

11

2

1

11

W

Qt

W

Q

W

Qt

W

Qtt ffff

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

kA=0,02

kA=0,1

kA=0,5

kA=1

kA=5

12 W

A Bosnjakovic-tényező (Φ) a primer hőkapacitás-áram függvényében

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

kA=0,02

kA=0,1

kA=0,5

kA=1

kA=5

(1-Φ)/Φ

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

kA=0,02

kA=0,1

kA=0,5

kA=1

kA=5

11

1W

)),(( 11 fQtmfK

pVkpV

kQkQkK hővill

villveszthőfhő

pVkk

QkK hővill

villveszthőveszt )(

f

H

hő

hővill

f

kk

fhő

veszt

Q

VR

k

kk

Q

ttkttkl

Qk

K

31

*11 *)()()(

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

)( *

3,

1

* 11

)(

1wPF

WR

wW

XAX

AXX

102

10

102

10

1

2

10

1

1

1

WX

kAX

W

W

W

WX

kAX

W

W

W

WW

WW

eXW

W

eX

min!

31,

1111

11

)(

1WKonst

WKonst

WWK PFR

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

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

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.

• Az állandó áramlási sebességre való méretezés nem eredményez optimális üzemet.

• A szekunder hőmérsékletek csökkentése a primer hőmérséklet csökkentését teszi lehetővé; ennek következménye a primer keringetés költségeinek csökkenése.

• Adott szekunder hőmérsékletek mellett bizonyos esetekben a primer hőmérsékletek emelése eredményezhet költségcsökkenést.

• Jó hőszigetelésű alulméretezett rendszerben a hőmérsékletek emelése és a primer tömegáram csökkentése; rossz hőszigetelésű, túlméretezett rendszerben a hőmérsékletek csökkentése és a tömegáram növelése eredményezi a költségek csökkenését.

• Adott esetben csak „korlátozott optimális menetrendet” lehet megvalósítani.

• Villamos csúcsidőszakra érdemes lehet más menetrendet megvalósítani

• A környezeti hőmérséklet az optimális menetrendet nem, csupán a keringetés.költségeit befolyásolja.

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

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 mm

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!