Kaukolämmön kuluttajalaitejärjestelmät: Kytkentävaihtoehtojen ja mitoitusperusteiden analysointi

Tutkimuksen tavoitteena on tarkastella kaukolämmön kuluttajalaitejärjestelmän mitoitusperusteiden kustannusvaikutusta sekä antaa perustietoa järjestelmän lämpö-, virtaus- ja säätöteknisestä toimivuudesta ottaen huomioon sekä kuluttajan että kaukolämmön tuotannon tarpeet. Tutkimus tehtiin pääasiassa laskennallisesti. Mitoitusperusteista analysoidaan mitoituslämpötilojen vaikutusta kuluttajan vuotuisiin kustannuksiin. Kuluttajana on asuin- ja toimistokerrostalo, joille määritettiin vuotuiset lämmitystehontarpeet. Kuluttajalaitejärjestelmän eri kustannustekijöille laaditaan kustannusfunktioita, joista lasketaan kuluttajan vuotuiset kustannukset. Kytkennöistä analysoidaan nykyisin yleisesti käytettyjä Lämpölaitosyhdistys ry:n kuluttajan lämmönjakokeskuksen suosituskytkentöjä 1 ja 2. Suosituskytkennässä 1 on lämpimän käyttöveden esilämmityssiirrin ja suosituskytkennässä 2 sitä ei ole. Tarkasteluissa kiinnitetään erityisesti huomiota kaukolämpöveden jäähtymiseen lämmönjakokeskuksessa. Lisäksi tarkastellaan veden lämpötilan säädettävyyttä kaukolämpösiirtimen lämmönsiirtoprosessissa sekä koko kuluttajalaitejärjestelmän toimintaa. Tutkimuksen yhteydessä kehitettyä dynaamista läinmönsiirtimen laskentamallia sekä erään laitevalmistajan mitoitusohjelmassaan käyttämiä stationaaritilan lämmönsiirtimen lämpö- ja virtausteknisiä laskentamalleja varmennetaan kaukolämpösiirrinten testauslaitteistolla levylämmönsiirtimellä tehdyillä mittauksilla. Korkokannan ollessa 10 % ja kuluttajan koko lämmitysjärjestelmän takaisinmaksuajan ollessa 15 vuotta laskentatulosten mukaan nykyisin lämmityksen kaukoläinpösiirtimelle käytetyt mitoituslämpötilat 115/45/40/70 °C eivät ole taloudellisimmat kuluttajan kannalta. Taloudellisempaa kuluttajalle olisi nostaa lämmitysverkoston menovedenmitoituslämpötilaa ja samanaikaisesti suurentaa lämmitysverkoston mitoituslämpötilaeroa sekä pienentää kaukolämpöveden mitoituslämpötilaeroa. Esimerkiksi mitoituslämpötiloilla 115/55/50/90 °C kuluttajan vuotuiset kustannukset olisivat noin 10 % pienemmät kuin mitoituslämpötiloilla 115/ 45/40/70 °C. Kuluttajalle tulevan kaukolämpöveden mitoituslämpötilan ollessa 115 °C ja rakennuksen lämmitysverkoston menoveden mitoituslämpötilan ollessa 70 °C ovat mitoituslämpötilaerot 70 °C ensiöpuolella ja 30 °C toisiopuolella taloudellisia kuluttajan kannalta. Tällöin rakennuksen lämmitysverkoston mitoituslämpötila on kuitenkin määräytynyt muuten kuin taloudellisin perustein. Muita perusteita ovat mm. turvallisuustekijät. Nykyisin lämmönjakojärjestelmien toimiessa toisiinsa verrattuna monillakin eri lämpötilatasoilla ei mitoituslämpötiloja tulisi rajoittaa tiettyihin arvoihin, vaan mitoituslämpötilat tulisi olla valittavissa lämmitysjärjestelmän toimivuuden kannalta edullisiksi: Kuluttajan lämmönjakoverkoston mitoituslämpötilojen moninaiset vaikutukset osoittavat selvästi, että aihepiirissä olisi jatkotutkimuksen tarvetta. Laskelmien mukaan asuinrakennuksen suosituskytkennällä 1 toteutetussa lämmönjakokeskuksessa päästään keskimäärin 5 °C parempaan kaukolämpöveden jäähdytykseen 5 %:n lämpimän käyttöveden jatkuvalla kulutuksella mitoituskulutuksesta kuin suosituskytkennällä 2 toteutetussa lämmönjakokeskuksessa. Toimistokerrostalossa täytyy käyttöveden jatkuvan kulutuksen olla 40 % mitoituskulutuksesta, jotta suosituskytkennällä 1 päästään 5 °C parempaan kaukolämpöveden jäähdytykseen kuin suosituskytkennällä 2. Analyysien ja käyttöveden kulutuksen jaksottaisuuden perusteella on suosituskytkennässä 1 oleva esilämmityssiirrin tarpeellinen kaukoläinpöveden jäähdytyksen kannalta vain suurissa asuinkerrostaloissa. Paras keino kaukolämpöveden lisäjäähdytykseen lämmönjakokeskuksessa on lämmitysverkoston paluuveden alentaminen säätöteknisin keinoin, mikäli paluuveden lämpötila on lämmityskaudella huomattavasti rakennuksen sisäilman lämpötilaa korkeampi. Laitevalmistajien mitoitusohjelmien laskentamallit vastaavat hyvin tuotteittensa virtaus- ja lämpöteknistä käyttäytymistä. Yleisiä laskentamalleja ei mitoituksessa tule käyttää, vaan laskentamallien tulee perustua siirrintyyppikohtaisiin empiirisiin korrelaatioihin ja siirrintyypin konstruktion tarkkaan tuntemiseen.