Kaukolämpöjärjestelmän menoveden lämpötilan madaltaminen: Tarkastelu verkostomallinnuksen avulla

Abstract

Tämän diplomityön tavoite oli tutkia kaukolämpöjärjestelmän menoveden lämpötilan madaltamista verkostomallinnuksen avulla. Verkostomallinnus on työkalu, jonka avulla kaukolämpöjärjestelmän toimintaa voidaan tutkia erilaisissa tilanteissa. Verkostomallinnuksen avulla voidaan selvittää ratkaisuvaihtoehtoja ongelmiin kustannustehokkaasti ja nopeasti, sekä löytää kohdennetut toimenpiteet mm. menoveden lämpötilan madaltamisen mahdollistamiseksi. Työssä muodostettiin verkostomallit kahden suomalaisen kunnan kaukolämpöverkostoista (verkostot A ja B), ja verkostomalleilla simuloitiin menoveden lämpötilan madaltamisen vaikutuksia. Verkostomallit muodostettiin käyttäen jokaisen asiakkaan mitattua tuntikohtaisen tehon aikasarjaa kokonaisen vuoden ajalta. Mitattuihin tehoihin perustuva mallinnus lisäsi verkosto-mallien tarkkuutta ja tulosten luotettavuutta. Mallinnus jaettiin kahteen laskentatapaukseen, ensimmäisessä tutkittiin menoveden lämpötilan madaltamisen vaikutuksia verkostojen pumppaukseen ja toisessa tutkittiin uusien tuotantomuotojen lisäyksen vaikutusta matalalämpöisessä kaukolämpöjärjestelmässä. Tulosten perusteella verkoston A pumppauskapasiteetti riitti menoveden lämpötilan madaltamiseen, mutta lämpötilan madaltamisen kannattavuus ei ollut merkittävä. Menoveden lämpötilan madaltamisen säästöksi saatiin 0,39 % vuotuisista kokonaiskustannuksista. Säästöä muodostui pienentyneistä lämpöhäviöistä, mutta kuluja kasvatti pumppauksen lisääntynyt sähkö-energiankulutus. Pumppauksen sähköenergiankulutus kasvoi mallinnuksissa 30 %, kun meno-veden maksimilämpötilaa madallettiin 115 °C asteesta 90 °C asteeseen. Toisessa laskentatapauksessa mallinnuksen avulla pystyttiin selvittämään uutena tuotantomuotona lisätyn sähkö-kattilan sijainnin vahvuuksia ja heikkouksia. Verkostomallin avulla saatiin uutta tietoa verkoston korkeusprofiilista, ja sen aiheuttamista haasteista sähkökattilan suunnitellussa sijainnissa korkealla alueella. Verkoston B tilanteessa pumppauskapasiteetti oli riittämätön jo ennen menoveden lämpötilan madaltamista. Tulokset poikkesivat tästä syystä kirjallisuudesta, sillä menoveden lämpötilan madaltamiseen ei ollut pumppauskapasiteettia. Menoveden lämpötilan madaltamisen säästöksi saatiin 0,11 % vuotuisista kokonaiskustannuksista. Pumppauksen energiankulutus kasvoi 5 %, kun menoveden maksimilämpötilaa madallettiin 100 °C asteesta 90 °C asteeseen. Uusien tuotantomuotoina lisätyt jäähallin lämpöpumput sekä teollisuuden hukkalämmöt olivat tehoiltaan liian pienet ratkaisemaan ongelmia verkoston pumppauksessa. Ratkaisuna verkostossa B tulisi kasvattaa pumppauskapasiteettia. Työn tulosten merkitys on osoittaa, että kaukolämpöjärjestelmän menoveden lämpötilan madaltaminen voi olla mahdollista verkoston nykyisellä rakenteella tai kohdennetuilla muutoksilla verkostoon tarkastelluissa tapauksissa. Menoveden lämpötilan madaltamisen kannattavuuden selvittäminen vaatii tarkempaa tutkimusta. Jatkossa haasteen muodostaa vanhat asiakkaat, joiden tulee mahdollisesti muuttaa tai vaihtaa laitteistojaan toimimaan madalletulla menoveden lämpötilalla. Uusien tuotantomuotojen laskentatapaus osoitti, että verkostomallinnuksen avulla voidaan selvittää suunniteltujen sijoituspaikkojen vahvuuksia ja heikkouksia monipuolisesti. Työ onnistui kokonaisuutena hyvin ja asetetuille tutkimuskysymyksille onnistuttiin löytämään vastaukset. Tutkimuksessa uutuusarvoa toi asiakkaiden mittausdataan perustuvat verkostomallit, joiden avulla saatiin selvitettyä ongelmia verkostojen toiminnassa. Jatkotutkimuksen aiheiksi tunnistettiin vanhojen asiakkaiden lämmityslaitteistojen sopeuttaminen menoveden lämpötilan madaltamiseen, sekä uusien tuotantomuotojen sijoituspaikan optimointi.