hőszállítás Épületenergetika b.sc. 6. félév 2009. március 30
DESCRIPTION
Kritikus hőszigetelési vastagság A hőközponti HMV termelés kialakítása A menetrend meghatározása Távhőrendszer tervezése Távhőrendszer optimális üzeme Feladatok. Hőszállítás Épületenergetika B.Sc. 6. félév 2009. március 30. A hőszigetelés kritikus vastagsága. fajlagos hőátbocsátási tényező:. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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
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
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"
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
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
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