Kaukolämpö lämpökäyrät Diplomityö

TEKNILLINEN KORKEAKOULU

Konetekniikan osasto

Harri Parkkinen

KAUKOLÄMMÖN MENO- JA PALUULÄMPÖTILOJEN

PUDOTTAMISMAHDOLLISUUDET VANHOISSA VERKOISSA

Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi

diplomi-insinöörin tutkintoa varten Espoossa 25.9.2000

Työn valvoja: Professori Carl-Johan Fogelholm

Työn ohjaaja: Professori Carl-Johan Fogelholm

2

TEKNILLINEN KORKEAKOULU DIPLOMITYÖN TIIVISTELMÄ

Tekijä: Harri Parkkinen

Työn nimi: Kaukolämmön menoja paluulämpötilojen pudottamismahdollisuudet

vanhoissa verkoissa

Päivämäärä: 25.9.2000 Sivumäärä: 87

Osasto: Konetekniikan osasto

Professuuri: Energiatekniikka

Työn: valvoja: Professori Carl-Johan Fogelholm

Työn ohjaaja: Professori Carl-Johan Fogelholm

Diplomityössä on tarkasteltu kaukolämmön menoja paluulämpötilojenpudottamismahdollisuuksia vanhoissa verkoissa. Työssä on keskitytty erityisestilämpötilojen pudottamismahdollisuuksiin kuluttajalaitteiden osalta. Lisäksi työssä ontarkasteltu eri kaupunkien lämmön päätuotantolaitoksien ajokäyriä.

Työ jakautuu kolmeen osaan. Ensimmäisessä osassa on esitettykaukolämpöjärjestelmän kuvaus ja menoja paluulämpötilojen alentamisenvaikutukset tuotantolaitokseen, siirtoverkkoon ja kuluttajalaitteisiin. Toisessa osassaon esitetty mittaustulokset ja niiden analysoinnit. Kolmannessa osassa on laskettu jatutkittu menoja paluulämpötilojen alentamismahdollisuuksia kuluttajalaitteissa.

Eri kaupunkien päätuotantolaitoksien menolämpötilojen eroista on nähtävissä verkonpituuden vaikutus. Kaukolämpöveden jäähtymä eri tuotantolaitoksissa vaihteli enitenulkolämpötilan ollessa -10 °C:n ja +12 °C:n välillä.

Menolämpötilan alentamisen esteenä on mahdolliset kriittiset asiakkaat, joidenkaukolämpölaitteet eivät toimi alemmalla tulolämpötilalla. Kriittisyyttä tarkasteltiinmuutamassa kohteessa, jotka eivät kuitenkaan osoittautuneet kriittisiksimenolämpötilan alentamisen suhteen.

Kaukolämpöveden menoja paluulämpötilojen pudottamismahdollisuuksista onkuluttajalaitteiden osalta tarkastelussa lämmityksen lämmönsiirtimet.Lämmönsiirtimien ylimitoituksesta johtuvaa kapasiteettia pyritään hyödyntämäänkaukolämpöveden tulolämpötilaa alentamalla. Tilanteessa, jossa tehontarve oli 90 %mitoitusarvosta kaukolämpöveden tulolämpötilaa on voitu alentaa n. 4-6 °C.Virtaukset näissä tapauksissa olivat samat eri toimintapisteissä. Kapasiteetinarvioimista kaukoluentalaitteiden tietojen avulla ja asiakkaalle tulevankaukolämpöveden lämpötilan mahdollista alentamista on tarkasteltu työnkolmannessa osassa.

3

TEKNISKA HÖGSKOLAN SAMMANDRAG AV DIPLOMARBETET

Utfört av: Harri Parkkinen

Arbetets namn: Möjligheterna att sänka tur- och returtemperaturer i gamla

fjärrvärmenät

Datum: 25.9.2000 Sidoantal: 87

Avdelning: Avdelningen för maskinteknik

Professur: Energiteknik

Examinator: Professor Carl-Johan Fogelholm

Handledare: Professor Carl-Johan Fogelholm

I diplomarbetet har analyserats möjligheterna att sänka tur- och returtemperaturer igamla fjärrvärmenät. I arbetet har man särskilt koncentrerat sig på möjligheterna attsänka temperaturerna i konsumentanläggningar. Dessutom har man i arbetetanalyserat driftskurvorna vid huvudproduktionsanläggningarna i olika städer.

Arbetet är indelat i tre delar. I den första delen har presenterats en beskrivning överfjärrvärmesystemet samt inverkningarna av en sänkning av tur- ochreturtemperaturerna på produktionsanläggningen, överföringsnätet ochkonsumentanläggningarna. I den andra delen har framförts mätresultaten ochanalyser av dem. I den tredje delen har man beräknat och undersökt möjligheterna attsänka tur- och returtemperaturerna i konsumentanläggningarna.

Verkningarna av fjärrvärmenät kan ses i skillnaderna av turtemperaturer vidhuvudproduktionsanläggningar i olika städer. Svalning av fjärrvärmevattnet i olikastäder varierar mest när uttempetur är mellan – 10 °C och +12 °C.

Ett hinder för en sänkning av den inkommande temperaturen är eventuellt kritiskakunder med fjärrvärmeanläggningar som inte fungerar under en lägre inkommandetemperatur. I några mätpunkter har man analyserat kritiskhet som inte visade sigkritiska med avseende på den inkommande temperaturen.

För konsumentanläggningarnas del analyseras uppvärmningens värmeväxlare medtanke på möjligheterna att sänka fjärrvärmevattnets tur- och returtemperaturer.Genom att sänka fjärrvärmevattnets inkommande temperatur strävar man efter attutnyttja den överkapacitet som finns i överdimensionerade värmeväxlare. I situationdär effektbehov var 90 % av kapacitet, har den inkommande temperaturen kunnatsänkas cirka 4-6 °C. I dessa fall massflöde av vattnet var samma i olika punkter. Iarbetets tredje del analyseras kapacitet på basis av data frånfjärravläsningsapparaturerna, samt möjligheten att sänka temperaturen ifjärrvärmevattnet till kunden.

4

HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY ABSTRACT OF THE MASTER’sTHESIS

Author: Harri Parkkinen

Title of the thesis: Possibilities of dropping outgoing and return temperatures of

district heat in old networks

Date: 25.9.2000 Number of pages: 87

Department: Department of Mechanical Engineering

Professorship: Energy Engineering

Supervisor: Professor Carl-Johan Fogelholm

Instructor: Professor Carl-Johan Fogelholm

This master’s thesis studies the possibilities of dropping the outgoing and returntemperature of district heat in old networks. The work focuses, especially, on thepossibilities of dropping temperatures with regard to consumer appliances. Inaddition, the work studies the operating curves of the main production plants ofheating in different cities.

The work is divided into three parts. The first part contains description of the districtheating system and the effects of reducing outgoing and return temperatures on theproduction plant, the transfer network, and consumer appliances. The second partpresents the measurement results and their analyses. The third part containscalculation and study of the possibilities of reducing outgoing and returntemperatures in consumer appliances.

The effect of the length of network to outgoing temperature is shown in the mainproduction plants of heating in different cities. The cooling temperature of districtheating water in the main production plants of heating in different cities ranges mostwhen the outside temperature is between –10 °C and +12 °C.

The obstacle to reducing outgoing temperature is constituted by possible criticalcustomers whose district heating appliances do not function at a lower incomingtemperature. The critical attitude was studied at a couple of measurement objectswhich did not turn out to be critical as regards the incoming temperature.

Of the possibilities of dropping the outgoing and return temperatures of districtheating water the heat-exchangers of heating are the object of study with regard toconsumer appliances. By reducing the incoming temperature of district heatingwater, attempts are made to utilize the capacity generated by the overdimensioning ofheat-exchangers. In the case where power is needed 90 % of capacity it has beenpossible to drop the incoming temperature about 4-6 °C. In this cases mass flow wasthe same at different points. Evaluation of capacity with the help of the data ofremote reading equipment and the possible reduction of the temperature of thedistrict heating water coming to the customer are studied in the third part of thework.

5

Alkusanat

Tämä diplomityö on tehty Teknillisessä Korkeakoulussa Energiatekniikan ja

ympäristön suojelun professuurin valvonnassa. Työn valvojana ja ohjaajana toimi

professori Carl-Johan Fogelholm. Lisäksi valvontaryhmässä oli seuraavat henkilöt:

Mirja Tiitinen Suomen kaukolämpö ry:stä, Timo Paldanius Vantaan Energiasta,

Markku Lindholm Porin Energiasta, Seppo Partanen Kuopion Energiasta, Reino

Aula Oulun Energiasta, Pekka Laaksonen Hämeenlinnan Energia Oy:stä, Erkki

Lahtela Kemijärven Kaukolämpö Oy:stä ja Tapio Keskikuru Kokkolan

Energialaitoksesta.

Mittausinformaation hankinnassa avustivat seuraavat henkilöt: Pekka Karjalainen

Vantaan Energiasta, Matti Peitilä Elektroniikkatyö Oy:stä, Jaakko Kammonen

Espoon Kruunusta.

Tahdon kiittää kaikkia tavalla tai toisella mukana olleita henkilöitä.

Espoossa 25.9.2000 Harri Parkkinen

6

Sisällys

1 Johdanto................................................................................................................8

1.1 Työn tavoite ja aiheen rajaus ........................................................................8

1.2 Työn sisältö...................................................................................................9

2 Menolämpötilan alentaminen ja siihen vaikuttavat tekijät .................................10

2.1 Parempaan jäähdytykseen ohjaava tariffi ...................................................11

2.2 Meno- ja paluulämpötilojen välinen yhteys ...............................................12

2.2.1 Menolämpötilan säätö.........................................................................13

2.2.2 Verkon akkumulointi ..........................................................................14

2.2.3 Paine-eron säätö..................................................................................15

2.2.4 Painetason säätö..................................................................................15

3 Meno- ja paluulämpötilojen pudottamisen vaikutukset tuotantolaitokseen .......16

3.1 Matalalämpötilaiset lämmönlähteet ja lämmön varastointi ........................17

4 Meno- ja paluulämpötilojen pudottamisen vaikutukset siirtoverkkoon .............19

4.1 Lämpöhäviöt ...............................................................................................19

4.2 Pumppauskustannukset...............................................................................20

4.3 Kaukolämpöverkon lämpöjännitykset ........................................................21

4.4 Eristeiden ominaisuudet..............................................................................21

4.5 Kaukolämmön säätö- ja mittaustarkkuus....................................................22

5 Kuluttajalaitteet...................................................................................................23

5.1 Kuluttajalaitteiden kytkeminen kaukolämpöverkkoon...............................23

5.2 Rakennusten lämmitystekninen mitoittaminen...........................................24

5.3 Lämmönjakokeskukset ...............................................................................25

5.3.1 Lämmönsiirtimet ja niiden tehon määrittämisen perusteet.................25

5.4 Säätölaitteet.................................................................................................27

5.4.1 Säädön toimintavaatimukset...............................................................28

5.5 Patteriverkko ja sen säätö ...........................................................................28

5.6 Erityiskuluttajat...........................................................................................30

6 Mittauskohteet ja tulokset...................................................................................32

6.1 Asuinrakennukset .......................................................................................32

6.2 Yhteenveto asuinrakennusten mittaustuloksista .........................................45

6.3 Helsinki-Vantaan lentokenttä .....................................................................47

6.4 Lämmönsiirtoasemat...................................................................................50

7

6.5 Lämpölaitoksen ajokäyrät...........................................................................53

6.5.1 Lämpölaitosten kaukolämpöveden menoja paluulämpötilat ............56

7 Meno- ja paluulämpötilojen alentamisen mahdollistavat tekijät ........................60

7.1 Lämmönsiirrinten kapasiteetti ....................................................................60

7.2 Ylikapasiteetin hyödyntäminen ..................................................................63

7.2.1 Lämmönsiirtimen konduktanssi..........................................................65

7.3 Kaukolämpöveden tulolämpötila kuluttajalle.............................................67

7.4 Jäähtymän paraneminen..............................................................................72

7.4.1 Syyt huonoon jäähtymään...................................................................73

7.5 Rakennusten ominaiskulutus ......................................................................73

7.6 Rakennuskannan uusiutuminen ..................................................................74

7.7 Laitetekniikan uusiutuminen ......................................................................75

7.8 Matalalämpötilainen kaukolämpöverkko ...................................................75

8 Yhteenveto..........................................................................................................77

Lähdeluettelo ..............................................................................................................81

Liitteet

8

1 Johdanto

Kansainväliset ympäristörajoitukset ovat johtaneet energiankäytön

säästötoimenpiteisiin ja enenevässä määrin on alettu kiinnittämään huomiota

kaukolämmityksen tehostamiseen. Rakennusten ominaiskulutuksen, rakennuskannan

ja laitetekniikan uusiutuminen, sekä jäähtymän parantuminen mahdollistaa

kaukolämpöveden lämpötilojen alentamisen. Tästä aiheutuvat lämpöhäviöiden ja

pumppauskustannusten pieneneminen sekä mahdollisen vastapainesähkön tuotannon

lisääntyminen. Tämä johtaa hyötysuhteen paranemiseen ja säästöihin kustannuksissa.

Kaukolämpöverkon menoveden lämpötilataso on usein käytännössä mitoituspistettä

korkeampi. Menoveden lämpötilalla on suuri vaikutus voimalaitoksen

rakennussuhteeseen. Menoveden lämpötilan alentaminen mahdollistaa myös

paluuveden lämpötilan alentamisen. Meno- ja paluuveden lämpötilojen pudottaminen

hyödyttää lämpölaitosta. Yhdistetyssä lämmön- ja sähköntuotannossa Martinlaakson

voimalaitoksessa paluuveden lämpötilan alentamisen vaikutus tuotantoon on n. 14 %

ja menoveden lämpötilan vaikutus on n. 86 %, jos molempia lämpötiloja säädetään 1

°C. Kaukolämpöveden menolämpötilan alentaminen hyödyttäisi huomattavasti

enemmän. Lämpölaitoksen tulisi jakaa hyvästä jäähtymästä koituvaa hyötyä myös

asiakkaille. Tämä voitaisiin toteuttaa uudella tariffilla. Tariffissa on kysymys

lämmöntoimituksen kustannusten jaosta kuluttajien kesken niin, että lämpölaitoksella

on toimimisen mahdollisuudet.

1.1 Työn tavoite ja aiheen rajaus

Tutkimuksen tavoitteena on selvittää kaukolämpöveden menoja paluulämpötilojen

vuosikeskiarvojen alentamismahdollisuudet vanhoissa verkoissa. Tutkimus on jaettu

kahteen aiheeseen, joista tuotantolaitoksen ja siirtoverkon menoja

paluulämpötilojen pudottamismahdollisuuksista Kuopion Energiassa tehdään

diplomityötä. Tämän työn aiheen rajauksena on kuluttajalaitteiden tarkasteleminen

sekä eri kaupunkien lämmön päätuotantolaitoksien ajokäyrien vertaileminen.

9

Työn tavoitteena on selvittää menoja paluulämpötilojen pudottamismahdollisuudet

kuluttajalaitteiden osalta. Tavoitteena on selvittää rakennusten

lämmityslämmönsiirtimien kapasiteetit. Monien rakennusten lämpökeskusten

ylimitoitus aiheuttaa ylikapasiteettia, jota tehontarpeen pieneneminen lisää

entisestään. Eräs tapa ylikapasiteetin hyödyntämiseksi on käyttölämpötilan

alentaminen. Toisaalta kaukolämpöverkossa on kriittisiä kohtia, joille menoveden

lämpötilan alentaminen ei onnistu. Näille kohdille tavoitteena olisi etsiä ratkaisuja

esimerkiksi lisäämällä lämmönsiirrinkapasiteettia.

1.2 Työn sisältö

Työn sisältö on laadittu siten, että ensin on esitetty menolämpötilan yhteyttä

paluulämpötilaan kappaleessa 2. Meno- ja paluulämpötilojen pudottamisesta

aiheutuvat hyödyt ja haitat on esitelty tuotantolaitoksen ja siirtoverkon osalta,

kappaleissa 3 ja 4. Kuluttajalaitteet ja niihin liittyvät säätösuositukset on esitetty

kappaleessa 5. Mittauskohteet ja tulokset on esitetty kappaleessa 6. Mittaustuloksista

kuluttajalaitteisiin liittyvät laskelmat ja näiden analysoinnit on esitetty kappaleessa 7.

10

2 Menolämpötilan alentaminen ja siihen vaikuttavattekijät

Kaukolämmön toimittamisen lähtökohtana on asiakkaille toimitettavan lämmön

korkea laatutaso. Verkon menoveden lämpötilaa säädetään ulkolämpötilan mukaan.

Lämpölaitosyhdistys ry on vuonna 1978 kokeellisesti asettanut ohjekäyrän (kuva 2.1)

menoveden lämpötilalle ulkoilman lämpötilan mukaan. Kuva 2.1 perustuu

kappaleessa 2.2.1 esitettyjen vaatimusten käytännön kokemusten pohjalta tehtyihin

johtopäätöksiin. Tuuli ja sade nostattavat menolämpötilaa n. 1-3 °C. Mikäli

kiertoveden kulku kaukaisimmille asiakkaille kestää kauan, täytyy menoveden

lämpötilaa nostaa. Siirtoverkon eristeiden kostuminen lisää lämpöhäviöitä, jolloin

menoveden lämpötilaa täytyy nostattaa.

Käytännössä menolämpötilakäyrä haetaan kokeellisesti niin alhaiselta tasolta etteivät

kuluttajat valita. Liian korkea lämpötila nostaa verkkohäviöitä sekä vähentää

vastapainesähkön tuotantoa ja liian alhaisella lämpötilalla kuluttajien tehontarve ei

tule tyydytettyä. Menolämpötilaa säätämällä voidaan verkkoa käyttää

lämpövarastona, akkumulointi (kappale 2.2.2).

70

80

90

100

110

120

-30-20-1001020

Ulkolämpötila (°C)

Men

oläm

pötil

a (°

C)

Päivä

Yö

Kuva 2.1. Kaukolämpöverkon menoveden lämpötilan säätösuositus

11

Kaukolämpöveden menolämpötilan kuluttajille tulee aina olla yli 65 °C ja enintään

115 °C ulkolämpötilasta riippumatta.

2.1 Parempaan jäähdytykseen ohjaava tariffi

Kaukolämpöverkon jäähtymän parantaminen hyödyttää lämpölaitosta. Jäähtymän

kuitenkin määrää se, kuinka paljon kuluttajat pystyvät jäähdyttämään

kaukolämpövettä. Joensuun Energia Oy julkaisi vuonna 1998 diplomityön, jossa oli

tavoitteena laatia tariffimalli, joka houkuttelisi kuluttajia lämmönsiirron

tehostamiseen /2/.

Kyseisessä tutkimuksessa tutkittiin keinoja, joilla kuluttajia voitaisiin palkita hyvästä

jäähdytyksestä ja saamaan heidät huolehtimaan kuluttajalaitteiden kunnosta.

Tutkimuksessa on myös selvitetty mitä vaikutuksia tehokkaammasta jäähdytyksestä

on energialaitokselle.

Kehitelty tariffimalli on rakenteeltaan nykyisen yleisesti käytössä olevan kaltainen,

kuitenkin ottaen huomioon kuluttajan jäähdytyksen ja palkiten kuluttajan sen

tuottamasta hyödystä energialaitokselle alennusprosenttikertoimella. Laskelmissa on

otettu huomioon jäähdytyksen tehostumisen tai huononemisen vaikutukset

kaukolämpöverkon lämpöhäviöihin, pumppauskustannuksiin, vastapainesähkön

tuotantoon ja putkiston saneeraukseen.

Diplomityössä todettiin, että alennusprosentti olisi parempi liittää perusmaksuun kuin

energiamaksuun. Energiamaksu vaihtelee vuodenajan ja vuosien mukaan, kun taas

perusmaksu on vakaa ja tarkasti ennustettavissa koko vuodelle. Alennusprosentti

määräytyisi lähtötason paluulämpötilan mukaan.

Uusi tariffi vaatii paluulämpötilan mittauksen ja systemaattisen tilastoinnin, tai

kaukoluentaan siirtymisen. Uuteen tariffiin tulisi siirtyä vaiheittain. Ensimmäisessä

vaiheessa tuli kysymykseen vapaaehtoisesti siihen siirtyvät ja suurasiakkaat.

12

Lämpölaitoksilla, joilla on tariffissaan tilausvesivirtakomponentti käytössä, voidaan

tilausvesivirtaa pienentää tapauskohtaisesti jo nykyisessä tariffissa, eli pienentää

perusmaksua ainakin osittain suhteessa jäähtymään, mikäli se käytössä olevien

sopimusten puitteissa on mahdollista.

Eräs mahdollisuus, jotta lämpölaitos saisi vaikutettua asiakkaiden jäähdytykseen on

antaa asiakkaiden joko valita jäähdytyksen palkitsevan tariffin, tai lämpölaitos

osallistuisi kuluttajalaitteiden investointeihin sopivalla määrällä, jolloin tuleva tariffi

olisi nykymuotoinen ns. "ei-palkitseva" tariffi. Tällöin lämpölaitos voisi itse

paremmin vaikuttaa kaikkein kriittisimpien kuluttajien (suuret kuluttajat ja/tai huonot

jäähdyttäjät) tilanteen korjaamiseen /11/.

2.2 Meno- ja paluulämpötilojen välinen yhteys

Kaukolämpöverkon paluulämpötilaan vaikuttavat verkon mitoitus ja ajotapa, käytetyt

kuluttajakytkennät, sekä kuluttajan kaukolämpö- ja lämmityslaitteiden mitoitus, laatu

ja toimintakunto.

Verkon käyttöön liittyy kolme osittain toisistaan riippuvaa tekijää; verkon menotilan

säätö, paine-eron säätö sekä painetason säätö.

Paluulämpötila riippuu kuluttajalaitteiden kytkennästä, lämmönsiirtimien ja

säätöventtiilien ominaisuuksista sekä lämmityksen ja käyttöveden tehontarpeesta.

Kuluttajien aiheuttaman jäähtymän tulisi aina olla yli 30 °C ja talvella yli 40 °C.

Paluulämpötila ei saisi missään oloissa nousta yli 45-50 °C:n.

Kiertovesipumpuilla säädetään kaukolämpöverkon paine-eroa. Paine-eron suuruus

määrätään siten, että jokaisella kuluttajalla on riittävä paine-ero vesikierron

aikaansaamiseksi lämmönsiirtimissä. Verkon kiertoveden vesimäärää säädetään aina

viime kädessä kuluttajien säätöventtiileillä. Liian suuri pumppausteho lisää sähkön

kulutusta ja sitä myötä pumppauskustannuksia.

13

Painetasoa säätämällä pidetään verkko aina täynnä vettä ja paine pidetään verkon

jokaisessa osassa ilman painetta suurempana ja niin suurena, ettei vesi pääse

höyrystymään.

2.2.1 Menolämpötilan säätö

Kaukolämpöveden menolämpötilaa säädetään ensisijaisesti ulkolämpötilan mukaan.

Menoveden lämpötilaa voidaan säätää mm. sekoittamalla paluuvettä menoveteen

suntin kautta.

Menoveden lämpötilan alarajan määrää:

- kuluttajien lämmityslaitteiden mitoitus ulkolämpötilan ja muiden

sääolosuhteiden mukaan,

- ehdottomana alarajana käyttövedenlämmittimien ja mahdollisten

prosessilaitteiden mitoitus,

- lämpöhäviöistä johtuva menolämpötilan lasku matkalla etäisimmille

kuluttajille,

- mahdollinen kaukolämpöverkon siirtokyvyn rajallisuudesta johtuva pakko

kasvattaa lämpötilaeroa: ellei voida kasvattaa vesivirtaa on nostettava

menolämpötilaa.

Toisaalta menoveden lämpötilan ylärajaa määrää:

- valittu rakennelämpötila ehdottomana kattona, paineastialain mukaan 120 °C

(yli 120 °C verkot on rekisteröitävä paineastioiksi),

- yhdistetyn sähkön- ja lämmöntuotannon antama parempi sähköntuotto

pienemmällä menolämpötilalla,

- suuret lämpöhäviöt korkealla lämpötilalla.

Lämpökuormat saattavat vaihdella voimakkaasti kaukolämpöjärjestelmissä, joissa

kuluttajien saamaa kiertovesivirtaa ei rajoiteta. Vaihtelun vaimentamiseksi voidaan

menoveden lämpötilan antaa laskea päivällä esim. 2-3 °C ja yöllä nousta 2-3 °C.

14

Lämpötilan säädön myötä putkistossa tapahtuu lämpölaajenemista ja

lämpörasituksia. Menoveden säätönopeuden tulee normaaliolosuhteissa olla 1 °C/6

min, enintään 2 °C/6 min. Syöttöalueiden rajakohdassa, jossa kaksi lämpölaitosta

syöttää samaa verkkoa, menolämpötilojen ero saa olla enintään 15 °C.

Lämmöntuotannon ja kulutuksen välillä on aikaviive, joka saattaa olla useiden

tuntien kestoinen. Aikaviivettä voidaan käyttää hyödyksi akkumuloimalla verkkoa

/1/.

2.2.2 Verkon akkumulointi

Kaukolämpöverkoissa olevaa energiamäärää voidaan vuoroin ladata ja purkaa

säätämällä menoveden lämpötilaa. Nykyaikaisissa verkoissa ainoastaan virtaus

reagoi menolämpötilan muutoksiin. Latausteho saadaan laskettua kaavalla

))(( pmm TTVVTkdQ −∆+∆= �� , (2.1)

missä k on laaduista sekä veden tiheydestä ja ominaislämmöstä johtuva kerroin

(kWh/m3,°C), ∆Tm on siirtoverkon menoveden lämpötila (°C), V� on vesivirta (m3/h)

ja Tp on siirtoverkon paluuveden lämpötila (°C).

Akkumulointi loppuu itsestään, kun latausteho alenee arvoon 0 virtauksen

pienentyessä.

pm

m

TTT

VV

−∆

+�

(2.2)

Verkkoon akkumoituneen lämpöenergian määrä on

,21

mTV∆ (2.3)

15

jossa ½V on verkon vesitilavuuden menopuolen osuus. Verkossa ei ole

ohitusventtiileitä menoja paluuputken välillä, joten varastona toimii ainoastaan

menoputki.

2.2.3 Paine-eron säätö

Kaukolämmitysveden kierto saadaan aikaan pumppujen paine- ja imupuolen paine-

erolla. Suljetussa putkistossa eivät veden kiertoon vaikuta ylä- eivätkä alamäet,

mikäli paine on riittävä. Pumppausta tarvitaan vain veden kiertonopeuden

lisäämiseen sekä putkien ja laitteiden aiheuttaman kitkavoiman voittamiseen.

Painehäviö kasvaa noin nelinkertaiseksi virtausnopeuden kaksinkertaistuessa.

Kaukolämmityksessä kiertovesipumpuilla on hoidettava:

- lämmityslaitosten sisäiset painehäviöt,

- kaukolämpöverkon painehäviöt,

- mittauskeskuksen painehäviöt,

- kuluttajan kaukolämpölaitteiden ja säätöventtiilien aiheuttama paine-ero

(yleensä 0,5 bar tai suurempi).

2.2.4 Painetason säätö

Painetaso säädetään siten, että vesi kiertäisi häiriöttä suljetussa systeemissä.

Verkostossa tarvitsee siten olla riittävä paine joka kohdassa alipaineen ja

höyrystymisen estämiseksi. Alipaineessa vedessä olevat kaasut saattavat erottua ja

lisäksi putkiston epätiiviyden johdosta verkostoon saattaa tunkeutua ilmaa, jolloin

muodostuvat ilma- ja kaasutaskut jarruttavat veden kiertoa. Höyrystymisvaara on

suurimmillaan verkoston korkeimmissa kohdissa sijaitsevilla kuumilla

lämmityspinnoilla, säätöventtiilien paluupuolella ja pumppujen imupuolella.

16

3 Meno- ja paluulämpötilojen pudottamisen vaikutuksettuotantolaitokseen

Yhdistetyssä sähkön ja lämmön tuotannossa alentuneen paluulämpötilan takia

voidaan lisätä laitoksen sähkösaantoa paisuttamalla höyryä alempaan paineeseen.

Vastaavasti savukaasuja kondensoivassa kattilassa kaukolämpöveden

paluulämpötilan lasku parantaa savukaasun lämmön talteenottoa.

Valtion teknillinen tutkimuskeskus (VTT) on julkaissut vuonna 1993 raportin

kaukolämpöveden jäähdytyksen tehostamisesta. Raportissa on tutkittu

kaukolämpöverkon paluulämpötilan lisäjäähdytyksen vaikutusta energian tuotantoon.

Sovelluskohteena oli yhdistetyssä sähkön ja lämmön tuotannossa Vantaan Energia

Oy:n Martinlaakson voimalaitos ja savukaasuja kondensoivassa kattilalaitoksen

Jalasjärven Lämpö Oy:n kattila.

Martinlaakson voimalaitoksella oli tutkittu kaukolämpöveden lämpötilan vaikutusta

energian tuotantoon. Laitoksen käyttöä oli simuloitu vuoden jaksolla toukokuusta

1991 - huhtikuuhun 1992, jolloin laitoksen käyttötuntimäärä oli 6096. Lämmön netto

vuosituotanto normaalitilanteessa oli 706,954 GWh ja sähkön netto vuosituotanto

356,017 GWh. Eri ajotilanteilla vuosituotto oli arvioitu siten, että lisätuotannosta

saatiin tuloja ja lisäpolttoaineen käytöstä aiheutui menoja.

Ajotavalla, jossa paluuvettä oli lisäjäähdytetty, sähkön keskimääräinen nettotuotanto

kasvoi 1,46 MWe/°C ja lämmön 2,67 MWt/°C. Sähkön ja lämmön vuosituotannon

kasvut olivat vastaavasti 2,5 %/°C ja 2,3 %/°C. Kun lämpökuorma oli pidetty

vakiona, sähkön lisätuotoksi oli saatu keskimäärin 0,066 MWe/°C ja vuosituotannon

kasvuksi 0,11 %/°C. Laskemalla sekä meno- että paluulämpötiloja oli saatu sähkön

lisätuotoksi 0,476 MWe/°C. Sähkön lisätuotanto oli tällöin ollut keskimäärin 0,82

%/°C ja lämpöteho oli pysynyt samana. Menolämpötilan säädöllä lämpökuorman

ollessa vakiona oli saatu lisätuotoksi 0,409 MWe/°C. Sähkön lisätuotanto oli tällöin

ollut keskimäärin 0,70 %/°C. Tilanteissa, joissa lämpökuorma oli pidetty vakiona ja

menoja paluulämpötilaa säädetty, paluulämpötilan muutoksen vaikutus sähkön

17

tuotantoon oli ollut 16,4 % vastaavan menolämpötilan säädön vaikutuksesta. Jos

molempia lämpötiloja oli säädetty 1 °C, paluulämpötilan säädön vaikutus sähkön

tuotantoon oli ollut 14,1 % ja menolämpötilan vaikutus 85,9 % saavutetusta

lisätuotannosta. Eri ajotavoilla saavutetut hyödyt on esitetty taulukossa 3.1.

Taulukko 3.1. Yhteenveto lämpötilamuutoksien vaikutuksesta Matinlaaksonvoimalaitoksessa

Muutos (°C) Tuotto (MW) Tuotto (kmk)Paluu Meno

LämpökuormaSähkö Lämpö

-1 0 skaalattu (isompi) 1,460 2,67 900-1 0 vakio 0,066 - 30-1 -1 vakio 0,476 - 2200 -1 vakio 0,409 190

Eri säätötapojen vuosituotot saadaan vastaamaan nykypäivää laskemalla vuosituotot

nykyisillä verottomilla keskihinnoilla (maakaasu 44 mk/MWh, sähkö 124 mk/MWh

ja lämpö 58 mk/MWh). Paluuvettä lisäjäähdyttämällä sähkön ja lämmön

yhteistuotannolla saadaan n. 900 kmk:n lisätuotto vuodessa. Jos lämpökuorma

pidetään vakiona, lisätuotoksi saadaan n. 30 kmk. Laskemalla sekä meno- että

paluulämpötilaa 1 °C, saadaan lisätuotoksi n. 220 kmk ja laskemalla pelkästään

menolämpötilaa lämpötehon ollessa vakio, saadaan lisätuotoksi n. 190 kmk. Eri

ajotavoilla saavutetut lisätuotot on esitetty taulukossa 3.1.

Jalasjärven lämpö Oy:n turvetta käyttävän 5 MW:n kondenssikattilan paluuveden 1

°C:n pudotuksella, jos huipun käyttöaika on 3000 tuntia vuodessa, on lisätuotoksi

saatu noin 27 000 mk. Laskelmissa on käytetty Jalasjärven lämpö Oy:n ilmoittamia

nykyisiä verottomia keskihintoja (turve 47 mk/MWh ja lämpö 152 mk/MWh).

Kaukolämpöverkon menoveden lämpötila ja virtaus oli oletettu pidettävän ennallaan,

joten laitoksen kaukolämpöteho oli noussut lisäjäähdytyksen vastaavalla määrällä.

Savukaasulämmön talteenottolaitoksen esilämmitysteho oli parantunut 4,2 % ja

savukaasujen loppulämpötila oli laskenut arviolta 0,6-0,7 °C. Kattilan polttoaineen

kulutus oli noussut 2,3 % ja laitoksen kaukolämpöteho 2,2 % eli noin 86 kW /10/.

3.1 Matalalämpötilaiset lämmönlähteet ja lämmön varastointi

18

Kaukolämpöveden käyttölämpötilojen alentaminen mahdollistaa myös

matalalämpötilaisten lämmönlähteiden käytön kaukolämmityksessä.

Matalalämpöisten lämmönlähteiden, kuten teollisuuden jätelämpöjen ja

aurinkoenergian, hyödyntäminen on sitä kannattavampaa mitä alhaisempi on

lämpötilataso.

Lämmön varastointi kaukolämpöjärjestelmissä perustuu usein menoja

paluulämpötilan eron hyväksikäyttöön. Paluulämpötilan alentaminen parantaa

varastointimahdollisuuksia. Mikäli menolämpötilaa pystytään alentamaan, voidaan

varastointikapasiteettia lisätä varastoimalla suoraan kattilapiiristä otettua

korkealämpötilaista vettä.

19

4 Meno- ja paluulämpötilojen pudottamisen vaikutuksetsiirtoverkkoon

Verkon menoja paluulämpötilojen alentaminen vaikuttaa pumppaustarpeeseen. Jos

verkon siirtokyky on riittävä, voidaan taloudellisin lämpötilataso lyhyellä aikavälillä

hakea optimoimalla lämpöhäviö- ja pumppauskustannukset sekä mahdollinen sähkön

tuotanto. Pitkällä aikavälillä tulee lisäksi ottaa huomioon mm. korvausinvestointien

vaikutus lämpötilojen alentamisen kannattavuuteen.

Kaukolämpöverkon käyttölämpötilan alentaminen asettaa verkon käyttötoiminnalle

kasvavia vaatimuksia. Verkon painetasojen säätäminen tulee entistä tarkemmaksi, jos

virtausmäärää lisätään. Kaukolämpöverkon kriittisten kohtien ja kuluttajien

painetason ja paine-eron valvonta on entistä tärkeämpää. Kaukolämpöverkon

kiertovesipumppujen ohjaaminen tulisi tehdä kriittisten kuluttajien paine-eron

mukaan.

Käyttölämpötilojen alentaminen pienentää verkossa käytettävissä olevaa

lämpökapasiteettia. Kulutushuippujen ennakointi ja niihin varautuminen on tällöin

entistä tärkeämpää.

4.1 Lämpöhäviöt

Kaukolämpöverkon lämpöhäviöt ovat samaa suuruusluokkaa kuin tuotantolaitosten

savukaasuhäviöt. Lämpöhäviöiden suuruuteen voidaan vaikuttaa putkiston rakenteen

lisäksi myös huolellisella ajolla ja lämpötilojen laskulla. Pelkästään huolellisella

ajolla pystytään vaikuttamaan lämpöhäviöihin useita prosenttiyksiköitä. Siirtoverkon

lisäksi lämpöhäviöitä aiheuttavat lämpöakut. Siirtoverkon lämpöhäviöiden

laskeminen tarkasti on vaikeaa, sillä häviöihin vaikuttavat useat tekijät.

Lämpöhäviöihin vaikuttavia tekijöitä ovat lämpötila, putkiston rakenne, putkien

ympäristö, ikä, eristeiden ikävaikutus ja kostuminen, putkien kannatus jne.

20

4.2 Pumppauskustannukset

Kaukolämpöverkon kiertovesipumppujen tehontarve riippuu tarvittavasta paine-

erosta, vesivirrasta sekä pumpun hyötysuhteesta (kaava 4.2). Suurempi jäähtymä

pienentää virtausta. Mikäli kuluttajat eivät paranna jäähtymää, ei myöskään

kaukolämpöverkon jäähtymä parane eli menolämpötilan lasku pienentää lämpötila

eroa, jolloin virtaus ja sitä myötä pumppauskustannukset nousevat.

Affiniteettisääntöjen mukaan verkon painehäviön muutos on verrannollinen

tilavuusvirran muutoksen neliöön, ja pumpun tehontarpeen muutos on verrannollinen

tilavuusvirran muutoksen kuutioon (kaava 4.1). Tämä edellyttää, että pumpun

hyötysuhde ei muutu. Todellisuudessa pumpun hyötysuhde paranee virtauksen

kasvaessa.

3

2

1

5,1

2

1

2

1��

��

�=��

�

��

�

∆∆

=VV

pp

PP

�

�

(4.1)

Esimerkiksi menolämpötilan alentaminen 110 °C:sta 100 °C:seen kasvattaa

tarvittavaa vesivirtaa noin 25 %, jos paluulämpötila pysyy vakiona. Tällöin verkon

painehäviö kasvaisi n. 56 % ja pumppausteho 95 %, eli lähes kaksinkertaiseksi.

Pumppausteho saadaan laskettua kaavalla

ηζ

ηζ

η 36367pVHVgHmP ∆===

��, (4.2)

missä P on pumpun akselilla tarvittava teho (W), ζ on veden tiheys (kg/m3), m� on

massavirta (kg/s), V� on tilavuusvirta (m3/s), g on putoamisliikkeen kiihtyvyys (9,81

m/s2), H on nostokorkeus (m), ∆p on paine-ero (bar) ja η on pumpun hyötysuhde

(0,7...0,9), pienet yleispumput 0,3...0,5.

21

4.3 Kaukolämpöverkon lämpöjännitykset

Kaukolämpöveden lämpötilan muuttaminen aiheuttaa johdoissa lämpölaajenemisen

aiheuttamia lämpöjännityksiä. Verkoston suunnittelussa tämä otetaan huomioon

varaamalla lämpölaajenemiselle tilaa tai kiinnittämällä putket siten, että

lämpömuutosten aiheuttamat voimat siirtyvät johtoa ympäröivään maahan.

Lämpötilan alentaminen vähentää lämpöjännityksiä mikäli lämpötilan vaihteluväli

samalla pienenee. Lämpöjännityksistä johtuen on asennettu suositus menoveden

säätönopeudelle, joka tulee normaaliolosuhteissa olla 1 °C/6 min, enintään 2 °C/6

min. Syöttöalueiden rajakohdassa, jossa kaksi lämpölaitosta syöttää samaa verkkoa,

menolämpötilojen ero saa olla enintään 15 °C /1/.

4.4 Eristeiden ominaisuudet

Eristeiden lämmönjohtavuus riippuu aineominaisuuksista, käyttötavasta ja

käyttöolosuhteista. Kaukolämpöjohdoissa yleisimmin käytettävät eristemateriaalit

ovat polyuretaani ja mineraalivilla. Uusissa johdoissa käytetyin eristemateriaali on

polyuretaani.

Polyuretaanin lämmöneristyskyky paranee lämpötilan laskiessa. Lämpötilan ollessa

välillä 20...120 °C uuden eristeen lämmönjohtavuus pienenee noin 5 %, jos lämpötila

alenee 10 °C.

Eristeen lämmöneristykseen vaikuttaa myös ikä. Vanhetessaan polyuretaanilla

pääasiallinen syy on solukaasun koostumuksen muuttuminen. Freon 11-kaasu, joka

täyttää uuden polyuretaanieristeen solukot, poistuu ajan mittaan diffuusion

vaikutuksesta solukosta. Tämä vajaus täyttyy ilmalla ja ilman lämmönjohtavuus on

lähes kolminkertainen verrattuna Freon 11-kaasuun.

Käyttölämpötilan vaikutuksesta eristeiden vanhenemisilmiöön ei ole tällä hetkellä

käytettävissä tutkimustuloksia. Voidaan kuitenkin olettaa korkean käyttölämpötilan

22

vaikuttavan eristeen lämmöneristykseen, sillä Freon 11-kaasun paine kasvaa

eksponentiaalisesti lämpötilan noustessa, noin 30 %/10 °C /4/.

4.5 Kaukolämmön säätö- ja mittaustarkkuus

Kaukolämpöverkon käyttölämpötilojen alentamisen aiheuttama virtausmäärien

lisääntyminen vaikuttaa useimmiten positiivisesti säätö- ja mittaustarkkuuteen.

Suurimman osan vuodesta virtauksen ovat suunniteltua selvästi pienemmät.

Säätöventtiilit ovat tällöin lähellä sulkeutumisasentoa. Säätöventtiilien ominaiskäyrä

on jyrkimmillään tällä alueella, ja hyvän säätötuloksen saaminen on vaikeaa. Lisäksi

yleensä tällaisessa tilanteessa esiintyy äänihaittoja.

Virtausmäärän kasvu parantaa mittaustarkkuutta erityisesti pienillä virtaamilla.

Käyttölämpötilan alentaminen keväällä ja syksyllä, jolloin lämmitysenergian tarve on

vähäinen, parantaa mittaustarkkuutta eniten. Vesivirran mittausongelmat koskevat

lähinnä pieniä kuluttajia.

Virtausmäärän kasvamisesta on myös haittavaikutuksia. Paine-eron kasvaessa

venttiilien sulkeutuminen vaikeutuu, jolloin vuotovirtaus venttiilin ohi lisääntyy.

Tämä taas nostaa paluuveden lämpötilaa ja pienentää jäähtymää. Paine-eron kasvu

saattaa lisätä myös äänihaittoja /8/.

23

5 Kuluttajalaitteet

Kaukolämmön kuluttajalaitteilla tarkoitetaan asiakkaan omistuksessa tai hallinnassa

olevia laitteita, joissa virtaa kaukolämpövesi tai jotka säätävät asiakkaan ottamaa

kaukolämpövesivirtaa. Kuluttajalaitteista puhuttaessa tarkoitetaan yleensä

lämmönjakokeskusta, joka on tehtaalla rakennettu asennusvalmiiksi paketiksi.

5.1 Kuluttajalaitteiden kytkeminen kaukolämpöverkkoon

Kuluttajat on yleensä kytketty kaukolämpöverkkoon joko suoralla tai epäsuoralla

kytkennällä. Epäsuorassa kytkennässä kaukolämpöverkosta siirretään lämpö

lämmönsiirtimillä toisiopiiriin, jolloin kaukolämpöverkossa kulkeva vesi ei kierrä

talon radiaaliverkostossa. Lämmönjakokeskusten peruskytkentäkaaviot on esitetty

liitteissä 1-3.

Kaukolämpöasiakkaan kytkentätavan valitsemisessa huomioidaan käyttöveden

kulutus, asuntojen lukumäärä ja kaukolämpöveden paluulämpötila

mitoitustilanteessa. Kaukolämpöasiakas kytketään kaukolämpöverkkoon yleisimmin

liitteessä 1 esitetyllä kytkennällä. Lämmityksen lämmönsiirtimestä kaukolämpövesi

menee käyttöveden lämmönsiirtimen esilämmitysosaan, missä se jäähtyy luovuttaen

energiaa käyttöveden esilämmitykseen. Tällaisella kytkennällä saadaan alhainen

kaukolämpöveden paluulämpötila.

Liitteissä 2 ja 3 esitetyissä kytkennöistä puuttuu edellä mainittu käyttöveden

esilämmitys.

24

Suosituksella on seuraavia hyviä ja huonoja puolia:

- hyvä kaukolämpöveden jäähdytys kaikissa käyttötilanteissa,

- mahdollisimman pelkistetty kytkentä, jolloin tarpeettomasti hintaa nostavat

laitteet on jätetty pois,

- asiakkaan ei tarvitse varastoida lämpöä käyttöveden lämmitystä varten,

- epäsuorakytkentä vaatii korkeamman menovesilämpötilan ja aiheuttaa

vastaavasti korkeamman paluuvesilämpötilan kuin suora kytkentä,

- suorassa kytkennässä patteriverkon vuodot ja syöpymät häiritsevät

kaukolämpöverkon toimintaa,

- epäsuorassa kytkennässä kuluttajan ja lämpölaitoksen vesipiirien erilaiset

painetasot on helppo hallita verrattuna suoraan kytkentään.

5.2 Rakennusten lämmitystekninen mitoittaminen

Suomessa kaukolämpöön liitettävät kaukolämpölaitteet mitoitetaan Sky:n julkaisun

K1/1992 "Rakennusten kaukolämmitys" mukaisesti. Lämmönsiirrinjärjestelmien

suunnittelu ja mitoitus toteutetaan siten, että

- saavutetaan hyvä termisen viihtyvyyden kriteerit täyttävä sisäilmasto kaikissa

tiloissa ja olosuhteissa,

- energiankulutus on mahdollisimman alhainen,

- kiinteistön tehontarve on mahdollisimman pieni,

- säätöjärjestelmät kykenevät sopeuttamaan, energianhankinnan niin, että

auringon säteilystä, ihmisistä, valaistuksesta yms. syntyvät lämpökuormat

tulevat tilakohtaisesti hyödynnetyiksi rakennuksen lämmityksessä,

- rakennusten rakenteiden lämpökapasiteetin purku ja lataus otetaan huomioon

siten, että tehontarve muodostuu mahdollisimman pieneksi,

- virtauspiirien toimintalämpötilat ovat säädettävissä ja ne pidetään

lämmityskaudella mahdollisimman alhaisella tasolla,

- laitteistot kykenevät toimimaan moitteettomasti muuttuvissa paine-ero-

olosuhteissa,

- lämmönjakolaitteiston perussäädön tarve on mahdollisimman vähäinen ja

säätö on helposti suoritettavissa /9/.

25

Uudisrakennuksen lämmitys- ja ilmanvaihdon tehontarpeet lasketaan Suomen

rakentamismääräyskokoelman määräysten ja ohjeiden mukaisesti.

Muissa kuin uudisrakennuksissa lämmitystehot lasketaan käytettävissä olevien

kulutustietojen ja mittausten perusteella. Vanhojen kaukolämmitettyjen rakennusten

patteriverkot on alun perin mitoitettu yleensä lämpötiloille 90/70 °C tai 90/60 °C.

Tällaisen rakennuksen liittämisessä kaukolämpöön tulisi mitoituksesta tarkastella

patteriverkon todellisia toimintalämpötiloja. Käytännössä voidaan mitoituksessa

usein käyttää n. 10 °C suunniteltua alhaisempaa lämpötilatasoa. Tämä pätee

erityisesti silloin, kun rakennuksessa on tehty energiataloudellisia

korjaustoimenpiteitä.

5.3 Lämmönjakokeskukset

Lämmönjakokeskuksessa lämmönsiirtimiä tarvitaan lämmityksen kiertoveden,

ilmastoinnin kiertoveden, lämpimän käyttöveden ja erikoiskohteiden lämmitykseen.

5.3.1 Lämmönsiirtimet ja niiden tehon määrittämisen perusteet

Lämmönsiirtimet ovat rakenteeltaan joko kierukkaputkisiirtimiä, levysiirtimiä tai

putkisiirtimiä. Lämmönsiirtimen materiaali riippuu käyttöolosuhteista.

Kierukkaputkilämmönsiirtimet ovat puhtaasti kaukolämmönsiirtimiä ja niiden käyttö

muissa kohteissa on rajoitettua. Putkisiirtimet poistuvat vähitellen

kaukolämpökäytöstä.

Rakennusten lämmönsiirtimien valinta tapahtuu valmistajien laatimien käyrästöjen

pohjalta. Valinta tapahtuu tehontarpeen ja sallitun paine-eron mukaan.

Lämmönsiirtimen teho voidaan laskea kaavalla

lnTkA∆=Φ , (5.1)

26

missä Φ on lämpöteho (W), k on konduktanssi (W/m2K), A on lämmönsiirtopinta-ala

(m2) ja ∆Tln on logaritminen lämpötilaero (kaava 7.7).

Levylämmönsiirtimen konduktanssi erottavan seinämän pinta-alayksikköä kohti, jos

erottava seinä on tasomainen lasketaan kaavalla

λδ

αα++=

teG11

"1 , (5.2)

missä αe ja αt ovat ensiö- ja toisiopuolen konvektiiviset lämmönsiirtokertoimet

(W/m2,°C), δ on seinän paksuus (m) ja λ sen lämmönjohtavuus (W/m,°C) /14/.

Putkilämmönsiirtimen konduktanssi putken pituusyksikköä kohti lasketaan kaavalla

πλαπαπ 2)/ln(111

'su

ssuu

ddddG

++= , (5.3)

missä αu on konvektiivinen lämmönsiirtokerroin putken ulkopinnalla (W/m2,°C), αs

on konvektiivinen lämmönsiirtokerroin putken sisäpinnalla (W/m2,°C), ja λ on

putken lämmönjohtavuus (W/m,°C), du putken ulkohalkaisija (m) ja ds putken

sisähalkaisija (m).

Lämmönsiirtopintojen likaantuminen heikentää konduktanssia. Konduktanssien

laskennassa tarvitaan yleensä myös likakertoimet ensiö- ja toisiopuolella, jotta

voidaan arvioida lämmönsiirtimen mitoituksen riittävyys normaalikäytössä.

Lämmönsiirtokertoimet riippuvat virtauksista ja lämpötiloista, joista virtauksen

vaikutus on suurempi. Virtauksen ja lämpötilan vaikutusta konduktanssiin on

tarkasteltu kappaleessa 7.2.1.

Käyttöveden lämmönsiirtimen tehontarve saadaan laskettua kaavalla 5.3, kun

tiedetään virtaama ja mitoituslämpötilat. Lämpimän käyttöveden normivirtaama on

27

0,5 dm3/s asuntoa kohden. Käyttöveden mitoitusvirtaama saadaan Suomen

rakentamismääräyskokoelman osan D1 ”Kiinteistöjen vesi- ja viemärilaitteistot”

mukaan.

TcV pkv ∆=Φ ζ� , (5.4)

V� mitoitusvirtaama (dm3/s)

cp veden ominaislämpö (kJ/kg°C)

ζ veden tiheys (kg/m3)

∆T toisiopuolen mitoituslämpötilojen erotus (°C)

Yleisesti käytetty lämmönjakokeskuksen kytkentä sisältää kaksiportaisen

käyttöveden lämmityksen. Käyttöveden lämmityksen ensimmäiseen osaan johdettava

lämmitys- ja ilmanvaihtosiirtimillä jo jäähtynyt kaukolämpövesi lämmittää kylmää

vesijohtovettä pienelläkin lämmönsiirtopinnalla. Toisessa osassa kaukolämpövesi

lämmittää käyttöveden noin 55 °C:n lämpötilaan.

5.4 Säätölaitteet

Säätölaitteille on kutakin säätöpiiriä varten suositeltavat säätöjärjestelmät esitetty

kuluttajalaitteiden peruskytkennöissä (liitteet 1-3).

Lämmönjakokeskusten säätöongelmat johtuvat suureksi osaksi

kuormitusvaihteluiden edellyttämän korkeatasoisen säätötekniikan ja säätölaitteiden

edullisen hankintahinnan asettamista vastakkaisista vaatimuksista. Säätöjärjestelmien

apuenergiana käytetään sähköä tai paineilmaa.

Teknisesti suurimman ongelman aiheuttaa venttiilin säätöalue eli mitoitusvirtauksen

ja pienimmän säädettävissä olevan virtauksen suhde. Säätösuhteen tulee olla

vähintään 1:50, mieluummin 1:100 /13/.

28

Lämmönjakokeskuksissa tyypillisesti käytetty säädin on sähköinen PI-säädin.

Pientalojen käyttöveden lämpötilasäädössä käytetään kuitenkin yleensä

omavoimaista P-säädintä. Säädintä ei voi virittää kaikkiin käyttöolosuhteisiin

parhaiten sopivalla tavalla, vaan sillä on toimittava normaalisti pahimmissakin

olosuhteissa, muuttuvien toimintaolosuhteiden vuoksi.

5.4.1 Säädön toimintavaatimukset

Asiakkaalle asennetun säätöjärjestelmän tulee täyttää seuraavat vaatimukset

lämpölaitoksen ilmoittamissa käyttöolosuhteissa:

1. Suurin pysyvä poikkeama asetusarvosta ± 2 °C

2. Suurin hetkellinen poikkeama asetusarvosta

- käyttöveden säätöjärjestelmät ± 10 °C

- lämmityksen säätöjärjestelmät ± 5 °C

- ilmanvaihdon säätöjärjestelmät ± 10 °C

3. Sallittu jatkuvan huojunnan amplitudi

- käyttöveden säätöjärjestelmät ± 2 °C

- muut säätöjärjestelmät ± 0,5 °C

4. Sallittu palautumisaika muutoksen alkuhetkestä siihen hetkeen, kun kohdassa

1 esitetty vaatimus täyttyy

- kaikki säätöjärjestelmät ± 2 minuuttia /9/.

5.5 Patteriverkko ja sen säätö

Pattereissa kiertävä vesi luovuttaa lämpöä huoneistoon. Pattereiden luovuttama teho

voidaan laskea kaavalla

)(2 pmps

pm ttcmttt

kA −=��

��

�−

−=Φ � , (5.5)

missä k on patterin seinämän lämmönläpäisykerroin (W/m2,°C) ja A on pinta-ala

(m2). m� on lämmitysverkon massavirta (kg/s). cp on veden ominaislämpö (4,19

29

kJ/kg,°C). tm on lämmityslämmönsiirtimen toisiopuolen menolämpötila (°C) ja tp sen

paluulämpötila (°C). ts on huoneiston sisälämpötila (°C).

Rakennuksen ollessa staattisessa tilassa, on ulkolämpötilan ja tarvittavan

lämmitystehon välinen riippuvuus lineaarinen. Huonelämpötila säädetään lineaarisen

mallin perusteella siten, että lämmitysverkoston menoveden lämpötilaa muutetaan

ulkolämpötilan kompensointikäyrän mukaisesti.

Kompensointikäyrällä ei sellaisenaan saada aikaan oikeaa riippuvuutta

lämmitystehon ja ulkolämpötilan välillä. Sen asettelu on järjestelmän tärkein

virityssuure ja siinä esiintyvät myös suurimmat ongelmat. Liian korkealle asetetun

kompensointikäyrän seurauksena huonelämpötilat ovat liian korkeita, jos

järjestelmässä ei ole termostaattisia patteriventtiileitä ja lämmitysverkoston virtausta

ei tällöin rajoiteta. Korkeampi lämpötilataso nostaa lämpöhäviöitä. Väärin aseteltu

kompensointikäyrän jyrkkyys voi aiheuttaa esimerkiksi sen, että kovalla pakkasella

huonelämpötilat ovat liian korkeita, mutta leudolla säällä liian matalia.

Lämmitysjärjestelmä on harvoin tasapainossa rakennuksen suurien aikavakioiden

takia.

Lisäkompensoinneilla voidaan huonelämpötilan stabiiliutta lisätä, sekä pienentää

energiankulutusta. Lisäkompensoinnit ottavat tarkemmin huomioon sääolosuhteet ja

rakennuksen dynamiikan. Näitä ovat mm. tuuli-, säteily- ja massakompensointi.

Tuulikompensoinnissa anturina on yleensä tuulen voimalla pyörivä tuntoelin, jonka

mittausinformaatiolla säätöä voidaan täydentää. Säteilykompensoinnissa auringon

säteily mitataan tuntoelimillä, jotka on asennettu rakennuksen etelä- ja länsisivulle.

Massakompensoinnissa pyritään ottamaan huomioon rakennuksen hidas dynamiikka.

Käytännössä tämä tarkoittaa ulkolämpötilamittauksen suodattamista. Vaimennus

saadaan aikaiseksi joko sähköisellä säätimellä, tai sijoittamalla anturi aikavakioltaan

rakennusta vastaavan betonikappaleen sisään.

30

Huonelämpötilan tasaamiseksi lämmitysverkoston vesivirtaa on säädettävä erikseen

seuraavista syistä:

- lämpöä siirtyy huoneeseen auringon säteilynä ja naapurihuoneesta,

- lämpöä varastoituu rakenteisiin,

- huoneissa on sisäisiä lämmönlähteitä,

- lämmitysverkoston patterit eivät vastaa täsmällisesti huoneen

lämmitystarvetta ja

- verkon vesimäärä ei jakaudu tasaisesti kaikille pattereille.

Termostaattisilla patteriventtiileillä säädetään huonekohtainen lämpötila.

Termostaattinen patteriventtiili ei ole erikoisen hyvä säädin, mutta se toimii

tehokkaana ilmaisenergian hyödyntäjänä. Käytettäessä termostaattisella

patteriventtiilillä toteutetun huonetilan säätöä suurimmat ongelmat ovat: anturin

hitaus (aikavakio suuri), säädin on P-tyyppinen, hystereesi haittaa säätöä, venttiilin

iskunpituus on pieni, sekä ominaiskäyrän epämääräisyys.

Rakennuksessa kulkeva vesivirta ei välttämättä ole aina tasapainossa, jolloin

pumppua lähellä olevissa linjoissa kiertää enemmän vettä kuin kauimmaisissa

linjoissa. Tämä aiheuttaa rakennuksen epätasaisen lämpenemisen ja nostaa siten

energiankulutusta. Tämä saadaan korjattua mittaamalla ja säätämällä kunkin

nousulinjan vesimäärät. Perussäädön merkitys tulee ilmi tasaisina huonelämpötiloina

ja vesivirtauksina. Säätämättömässä lämmitysverkossa termostaattiset patteriventtiilit

saattavat joutua suorittamaan myös perussäätöä, mikä heikentää niiden toiminta

edellytyksiä.

5.6 Erityiskuluttajat

Eräillä lämpölaitoksilla kaukolämpöveden menolämpötilan alaraja määräytyy suuren

osan vuotta yhden tai muutaman erityiskuluttajan tarpeiden perusteella. Tällaisia

erityiskuluttajia voivat olla esimerkiksi pesulat, ravintolat, sairaalat yms., jotka

tarvitsevat lämmintä käyttövettä ympäri vuoden. Mukana olleista lämpölaitoksista

Vantaan Energialla erityiskuluttajina voidaan pitää Helsinki-Vantaan lentoasemaa ja

31

Keravan lämmönsiirtoasemaa. Myös teollisuuslaitokset saattavat tarvita

korkealämpötilaista kaukolämpövettä eri teollisuusprosesseihin. Tällaisten

kuluttajien kanssa on yleensä tehty erityissopimukset.

Kaukolämpöveden menoja paluulämpötilojen alentamisessa valitaan ensin

seurantakohteiksi erityiskuluttajat. Erityiskuluttajien energiatarpeen tarkastelua tulee

tarkastella tapauskohtaisesti. Ristiriitatilanteet kaukolämpöverkon taloudellisen

ajotavan ja erityiskuluttajien lämpötilatarpeiden välillä syntyvät usein

lämmityskauden ulkopuolella. Tällöin esim. sähköenergia on edullista, jolloin

voidaan tarkastella lisälämmitystarpeen hoitamista sähkökattilalla tai

lämpöpumpulla. Lämpöpumppu voi käyttää lämmönlähteenään meno- tai paluuvettä.

Kuluttaja- tai aluekohtainen menolämpötilan korotus voidaan toteuttaa myös

siirrettävällä lämpökeskuksella, joka hoitaa lisälämmitystarpeen lämmityskauden

ulkopuolella. Lämmityskauden aikana laitos voi toimia varalämpökeskuksena,

jollaisen järjestäminen saattaa olla tietyille kriittisille kuluttajille, esim. sairaaloille,

joka tapauksessa tarpeellinen.

Kriittisten kuluttajien lämpötilatarpeiden tyydyttäminen vaatii aina investointeja,

joiden kannattavuus on usein heikko, jos etuna saavutetaan vain verkon

lämpöhäviöiden väheneminen.

32

6 Mittauskohteet ja tulokset

Mittauksissa perehdyttiin tutkimaan kaukolämmityksen kuluttajalaitteita.

Mittauskohteina oli yhdeksän asuinrakennusta Espoosta. Lämpölaitosten ajokäyrien

tarkasteluun on kaukolämmön menoja paluulämpötilat tuntikeskiarvoina Vantaalta,

Kuopiosta, Kokkolasta, Porista ja Oulusta. Erityiskuluttajien mittaukset ovat

Vantaalta. Seurantakohteina oli Helsinki-Vantaan lentokenttä sekä kolme

lämmönsiirtoasemaa, joilla lämpöä siirretään kaukolämpöverkkojen välillä.

6.1 Asuinrakennukset

Mittauskohteiksi valitut asuinkerrostalot on valittu rakentamisvuoden perusteella.

Vanhin mittauksissa mukana ollut rakennus on vuodelta 1962 ja uusin vuodelta

1999. Kohteet olivat:

- Espoonlahti,

- Gesters,

- Kaupunginkatu 6,

- Kirkkopolku,

- Kirkonkello,

- Kylänaukio,

- Kylänraitti,

- Patoranta ja

- Patokuja.

Seurantamittaukset kohdistuivat kohteiden lämmönjakokeskuksiin, joista on mitattu

kaukolämpöveden lämpötiloja ja eri patteriverkkojen toimintalämpötiloja.

Mittaustulokset on kerätty kaukovalvontajärjestelmästä. Kaukoluennassa olevia

mittausvirheitä ei ole tässä työssä analysoitu. Mittaustuloksien tarkastelussa on

keskitytty patterilämmityksen lämmönsiirtimiin, näiden tarvitseman korkeamman

kaukolämpöveden lämpötilan vuoksi verrattuna käyttöveden lämmönsiirtimeen.

Käyttöveden lämmönsiirtimen mitoituslämpötila kaukolämmön tulovedelle on

yleensä 70 °C, kun patterilämmityksen lämmönsiirtimellä se on 115 °C. Lämpimän

33

käyttöveden tehon tarve ei ole riippuvainen ulkolämpötilasta, kuten lämmityksen

lämmönsiirtimien.

Seurantamittaukset, joissa tarkasteltiin lämmönjakokeskuksien lämpötiloja, ovat

ajanjaksolta 26.1.-11.4.2000. Ulkolämpötila kyseisellä ajanjaksolla Patokujan

mittauskohteessa on esitetty kuvassa 6.1. Ulkolämpötilan minimi kyseisellä

mittausjaksolla on ollut n. -24 °C ja maksimi n. +5 °C. Ulkoilman keskilämpötila on

ollut -4,2 °C.

-25,0

-20,0

-15,0

-10,0

-5,0

0,0

5,0

10,0

25.1. 8.2. 22.2. 7.3. 21.3. 4.4.Päivämäärä

Ulk

oläm

pötil

a (°

C)

Kuva 6.1. Ulkoilman lämpötila tarkastelujaksolla

Kirkonkello

Kirkonkello on rakennettu vuonna 1980, jolloin se on liitetty kaukolämpöön.

Rakennustilavuus on 11 204 m3. Tilausvesivirta on 4,42 m3/h. Asuntoja

rakennuksessa on 44. Lämpimän käyttöveden lämmönsiirrin on vaihdettu vuonna

1995. Lämmönsiirtimien tekniset tiedot on esitetty taulukossa 6.1. Rakennuksessa on

185 patteria, joissa jokaisessa on termostaattinen patteriventtiili. Patteriverkon

runkojohdosta lähtevien nousulinjojen paluujohdot on varustettu yhdistetyllä sulku-

ja säätöventtiilillä. Nousulinjojen menojohdoissa on sulkuventtiilit. Venttiilit ovat

alkuperäiset.

34

Patteriverkon menoveden lämpötilaa säädetään keskitetysti ulkoilman lämpötilan

mukaan. Patteriverkon mitatut toimintalämpötilat on esitetty kuvassa 6.2.

Patteriverkon menolämpötila on mitoitettua lämpötilatasoa alempana. Patteriverkon

menolämpötila vaihtelee paljon keskimääräisestä arvosta ollen maksimissaan n. 10

°C. Lämpimän käyttöveden keskimääräinen menolämpötila on ollut 52,9 °C.

Taulukko 6.1. Kirkonkellon lämmönsiirtimetKirkonkello Lämmitys Lämmin käyttövesi Lämmin käyttövesi ensiö toisio ensiö toisio ensiö toisioTeho kW 160 150 150Virtaus dm3/s 0,64 1,27 1,51 1,59 1,51 1,59Lämpötilat oC 115-55 50-80 70-46,5 32,5-55 46,3-22,6 10-32,5Painehäviö kPa 18 6 2 21,5 2 21,5

0

10

20

30

40

50

60

70

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10Ulkoilman lämpötila (°C)

Läm

pötil

a (°

C)

Meno

Paluu

Jäähtymä

Kuva 6.2. Kirkonkellon patteriverkon toimintalämpötilat ja jäähtymä

Patteriverkon keskimääräinen jäähtymä on ollut seurantajaksolla 11,4 °C.

Toimintalämpötilat on voitu arvioida mitoitusulkolämpötilassa -26 °C, kun

mittauksista on tehty sovite. Sovitekäyrä on esitetty kuvassa 6.2. Tällöin

patteriverkon menolämpötila mitoitusulkolämpötilassa on 64,7 °C. Vastaavasti

paluulämpötila on 46,7 °C. Patteriverkon jäähtymä on 18 °C

mitoitusulkolämpötilassa. Patteriverkon kiertovirtauksen jäähtymä on pieni,

verrattuna patteriverkon mitoitettuun lämpötilaeroon (30 °C). Lämmityksen

35

lämmönsiirtimen asteisuus on ollut seurantajaksolla n. 11,1 °C. Arvio asteisuudesta

on saatu leikkaamalla käyttöveden kulutusjaksot pois mittausaineistosta.

Kaukolämpöveden lämpötilat mitoitusulkolämpötilassa on saatu ratkaistua samalla

tavalla kuin edellä. Tulolämpötila on 103,9 °C ja paluulämpötila 51,1 °C

mitoitusulkolämpötilassa. Kaukolämpöveden jäähtyminen mitoitusulkolämpötilassa

on 52,8 °C. Kaukolämpöveden jäähtymä seurantajaksolla on ollut keskimäärin 44,1

°C.

Kirkkopolku

Kirkkopolku on rakennettu vuonna 1980, jolloin se on liitetty kaukolämpöön.

Rakennustilavuus on 29 297 m3. Asuntoja rakennuksessa on 126. Lämmönsiirtimien

tekniset tiedot on esitetty taulukossa 6.2. Rakennuksessa on 518 patteria, joissa

jokaisessa on termostaattinen patteriventtiili. Patterit on pääasiallisesti sijoitettu

ikkunoiden alle. Patteriverkon runkojohdosta lähtevien nousulinjojen paluujohdot on

varustettu yhdistetyllä sulku- ja säätöventtiilillä. Nousulinjojen menojohdoissa on

sulkuventtiilit. Venttiilit ovat alkuperäiset.

Taulukko 6.2. Kirkkopolun lämmönsiirtimetKirkkopolku Lämmitys Lämmin käyttövesi ensiö toisio ensiö toisioTeho kW 443 683Virtaus dm3/s 1,93 3,53 3,05 3,05Lämpötilat oC 120-65 60-90 75-25 5-55Painehäviö kPa 5 1,7 19 23



Patteriverkon mitoituslämpötilat ovat nykyisin käytettäviä suuremmat. Patteriverkon

menolämpötilan vaihtelut ovat suhteellisen suuria, ollen maksimissaan n. 10 °C.

Lämpimän käyttöveden keskimääräinen menolämpötila on seurantajaksolla ollut

53,0 °C.

36

0

10

20

30

40

50

60

70

-30 -20 -10 0 10

Ulkoilman lämpötila (°C)

Läm

pötil

a (°

C)

Meno

Paluu

Jäähtymä

Kuva 6.3. Kirkkopolun patteriverkon toimintalämpötilat ja jäähtymä

Patteriverkon keskimääräinen jäähtymä on ollut seurantajaksolla 10,5 °C.

Patteriverkon menolämpötila mitoitusulkolämpötilassa on 65,5 °C. Vastaavasti

paluulämpötila on 48,2 °C. Patteriverkon jäähtymä on mitoitusulkolämpötilassa 17,3

°C. Patteriverkon kiertovirtauksen jäähtymä on pieni, koska patteriverkko on

mitoitettu 30 °C:n lämpötilaerolle. Lämmityksen lämmönsiirtimen asteisuus on ollut

seurantajaksolla n. 2,5 °C.

Kaukolämpöveden tulolämpötila on 105,5 °C ja paluulämpötila 52,3 °C


on 53,1 °C. Kaukolämpöveden jäähtymä on ollut seurantajaksolla keskimäärin 54,0

°C, joka on ollut lähes vakio eri toimintapisteissä.

Kylänraitti

Kylänraitti on rakennettu vuonna 1988, jolloin se on liitetty kaukolämpöön. Asuntoja

rakennuksessa on 51. Rakennustilavuus on 11 330 m3. Lämmönsiirtimien tekniset

tiedot on esitetty taulukossa 6.3.

37

Taulukko 6.3. Kylänraitin lämmönsiirtimetKylänraitti Lämmitys Lämmin käyttövesi ensiö toisio ensiö toisioTeho kW 210 340Virtaus dm3/s 0,71 1,25 1,59 1,81Lämpötilat oC 115-45 40-70 70-19 10-55Painehäviö kPa 20 10 19,6 24,5


mukaan. Patteriverkon mitatut toimintalämpötilat on esitetty kuvassa 6.4. Lämpimän

käyttöveden keskimääräinen menolämpötila on seurantajaksolla ollut 53,1 °C.

0

10

20

30

40

50

60

70

-30 -20 -10 0 10Ulkoilman lämpötila (°C)

Läm

pötil

a (°

C)

Meno

Paluu

Jäähtymä

Kuva 6.4. Kylänraitin patteriverkon toimintalämpötilat ja jäähtymä

Patteriverkon keskimääräinen jäähtymä on seurantajaksolla ollut 14,0 °C, joka on

suurin seurannassa olleista rakennuksista. Patteriverkon menolämpötila

mitoitusulkolämpötilassa on 57,5 °C. Vastaavasti paluulämpötila on 36,1 °C.

Patteriverkon jäähtymä on 21,4 °C. Patteriverkon kiertoveden jäähtymä on mitoitettu

30 °C:n lämpötilaerolle. Lämmityksen lämmönsiirtimen asteisuus on ollut

seurantajaksolla n. 4,7 °C.



38



Kylänaukio

Kylänaukio on rakennettu vuonna 1988, jolloin se on liitetty kaukolämpöön.

Asuntoja rakennuksessa on 47. Rakennustilavuus on 11 710 m3. Lämmönsiirtimien

tekniset tiedot on esitetty taulukossa 6.4.

Taulukko 6.4. Kylänaukion lämmönsiirtimetKylänaukio Lämmitys Lämmin käyttövesi ensiö toisio ensiö toisioTeho kW 260 330Virtaus dm3/s 0,9 2,1 1,8 1,8Lämpötilat oC 115-45 40-70 70-25 50-5Painehäviö kPa 20 15 20 50


mukaan. Patteriverkon mitatut toimintalämpötilat on esitetty kuvassa 6.5. Lämpimän

käyttöveden keskimääräinen menolämpötila on seurantajaksolla ollut 52,0 °C.

0

10

20

30

40

50

60

70


Läm

pötil

a (°

C)

Meno

Paluu

Paluu

Kuva 6.5. Kylänaukion patteriverkon toimintalämpötilat ja jäähtymä

39

Patteriverkon keskimääräinen jäähtymä on seurantajaksolla ollut 9,6 °C.


paluulämpötila on 44,5 °C. Patteriverkon jäähtymä mitoituslämpötilassa on 20,1 °C.

Patteriverkon kiertoveden jäähtymä on pienempi kuin mitoitusarvo, joka on 30 °C.

Lämmityksen lämmönsiirtimen asteisuus on ollut seurantajaksolla n. 2,6 °C.



on 49,9 °C. Kaukolämpöveden jäähtymä on seurantajaksolla ollut keskimäärin 58,5

°C. Kaukolämpöveden jäähtymä kasvaa, kun ulkolämpötila lämpenee (kuva 6.6).

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110


Läm

pötil

a (°

C) Tulo

Paluu

Jäähtymä

Kuva 6.6. Kylänaukion kaukolämpöveden toimintalämpötilat ja jäähtymä

Kaupunginkatu 6

Asuinkerrostalo Kaupunginkatu 6 on rakennettu vuonna 1991, jolloin se on liitetty

kaukolämpöön. Asuntoja rakennuksessa on 19. Rakennustilavuus on 5 775 m3.

Lämmönsiirtimien tekniset tiedot on esitetty taulukossa 6.5.

40

Taulukko 6.5. Kaupunginkatu 6:n lämmönsiirtimetKaupunginkatu 6 Lämmitys Lämmin käyttövesi ensiö toisio ensiö toisioTeho kW 118 245Virtaus dm3/s 0,43 0,94 1,3 1,3Lämpötilat oC 115-45 40-70 75-25 5-50Painehäviö kPa 3 2 5 19



Patteriverkon menoveden lämpötila on huomattavasti pienempi kuin mitoitettu.

Mitoitusulkolämpötilassa -26 °C menoveden lämpötila on n. 20 °C pienempi kuin

mitoitettu arvo. Lämpimän käyttöveden keskimääräinen menolämpötila on

seurantajaksolla ollut 55,5 °C.

0

10

20

30

40

50

60


Läm

pötil

a (°

C)

Meno

Paluu

Jäähtymä

Kuva 6.7. Kaupunginkatu 6:n patteriverkon toimintalämpötilat ja jäähtymä

Patteriverkon keskimääräinen jäähtymä on seurantajaksolla ollut 7,8 °C, joka on ollut

huonoin vuoden 1980 jälkeen rakennetuista tarkastelussa olleista rakennuksista.


paluulämpötila on 34,8 °C. Patteriverkon jäähtymä mitoituslämpötilassa on 13,4 °C.

Patteriverkon kiertoveden jäähtymä on mitoitettu 30 °C:n lämpötilaerolle.

Lämmityksen lämmönsiirtimen asteisuus on ollut seurantajaksolla n. 10,7 °C.

41



on 48,4 °C. Kaukolämpöveden jäähtymä on seurantajaksolla ollut keskimäärin 46,1

°C. Kaukolämpöveden jäähtymä pienenee ulkolämpötilan lämmetessä (kuva 6.8).

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Läm

pötil

a (°

C)

Tulo

Paluu

Jäähtymä

Kuva 6.8. Kaupunginkatu 6:n kaukolämpöveden toimintalämpötilat jajäähtymä

Patoranta

Patoranta on rakennettu vuonna 1999. Rakennustilavuus on 17 683 m3. Asuntoja

rakennuksessa on 56. Lämmönsiirtimien tekniset tiedot on esitetty taulukossa 6.6.

Taulukko 6.6. Patorannan lämmönsiirtimetPatoranta Lämmitys Lämmin käyttövesi ensiö toisio ensiö toisioTeho kW 317 394Virtaus dm3/s 1,08 2,52 2 2Lämpötilat oC 115-45 40-70 70-23 10-57Painehäviö kPa 20 20 20 20



42

Patteriverkon lämpötilat eivät vaihtele paljoa keskimääräisestä arvosta, kuten

vanhemmilla rakennuksilla. Rakennuksen perussäätö on kuitenkin vielä tekemättä.

Menoveden lämpötilakäyrä on mitoitetussa arvossa, mutta jäähtymä ei. Lämpimän

käyttöveden keskimääräinen menolämpötila on seurantajaksolla ollut 55 °C.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

-30 -20 -10 0 10 20Ulkoilman lämpötila (°C)

Läm

pötil

a (°

C)

Meno

Paluu

Jäähtymä

Kuva 6.9. Patorannan patteriverkon toimintalämpötilat ja jäähtymä



paluulämpötila on 47,0 °C. Patteriverkon jäähtymä on 22,2 °C. Patteriverkon

kiertovirtauksen jäähtymä huippukuormituksessa on seurannassa olleista

rakennuksista parhaita. Lämmityksen lämmönsiirtimen asteisuus on ollut

seurantajaksolla 3,1 °C.




°C, joka pienenee ulkolämpötilan suuretessa.

43

Patokuja

Patokuja on rakennettu vuonna 1999. Rakennustilavuus on 4 100 m3. Asuntoja

rakennuksessa on 13. Lämmönsiirtimien tekniset tiedot on esitetty taulukossa 6.7.

Taulukko 6.7. Patokujan lämmönsiirtimetPatokuja Lämmitys Lämmin käyttövesi ensiö toisio ensiö toisioTeho kW 71 170Virtaus dm3/s 0,24 0,56 1,90 1,86Lämpötilat oC 115-45 40-70 70-25 10-57Painehäviö kPa 20 20 20 20



Patteriverkon lämpötilat eivät vaihtele paljoa keskimääräisestä arvosta. Patteriverkon

menolämpötila on mitoitusarvossaan, mutta paluulämpötila n. 10 °C suurempi.

Lämpimän käyttöveden keskimääräinen menolämpötila on seurantajaksolla ollut 55

°C.

0

10

20

30

40

50

60

70


Läm

pötil

a (°

C)

Meno

Paluu

Jäähtymä

Kuva 6.10. Patokujan patteriverkon toimintalämpötilat ja jäähtymä

44


Patteriverkon perussäätö on vielä tekemättä. Patteriverkon menolämpötila

mitoitusulkolämpötilassa on 68,7 °C. Vastaavasti paluulämpötila on 49,4 °C.

Patteriverkon jäähtymä on 19,3 °C mitoitusulkolämpötilassa. Lämmityksen

lämmönsiirtimen asteisuus on ollut seurantajaksolla 1,5 °C.





Espoonlahti ja Gesters

Asuinrakennuksista Espoonlahti ja Gesters ei ole laskettu kaikkia arvoja, koska ei

ollut kaikkia tarvittavia lähtöarvoja. Gesters on seurannassa olleista rakennuksista

vanhin. Se on rakennettu vuonna 1962. Espoonlahti on toiseksi vanhin ja on

rakennettu vuonna 1969.

Espoonlahden rakennustilavuus on 9000 m3. Asuntoja rakennuksessa 32.

Patteriverkon keskimääräinen jäähtymä seurantajaksolla on ollut 4,7 °C.

Kaukolämpöveden jäähtymä on ollut 63,3 °C.

Gestersin rakennustilavuus on 9 482 m3. Rakennuksessa on 36 asuntoa.

Rakennuksessa on kaksi eri patteriverkkoa, joiden keskimääräiset jäähtymät ovat 5,0

°C ja 6,2 °C. Kaukolämpöveden keskimääräiset jäähtymät ovat 60,2 °C ja 35,7 °C.

Toisen lämmityspiirin kaukolämpöveden jäähtymä on seurantajaksolla olleista

rakennuksista pienin.

Espoonlahden patteriverkon lämpötilat ja jäähtymä on esitetty ulkolämpötilan

funktiona kuvassa 6.11. Patteriverkon jäähtymä on huomattavan pieni. Espoonlahden

huonon jäähtymän selittää kuluttajalaitteiden ikä ja korkeammat mitoituslämpötilat.

45

0

10

20

30

40

50

60

-30 -20 -10 0 10


Läm

pötil

a (°

C)

Meno

Paluu

Jäähtymä

Kuva 6.11. Espoonlahden patteriverkon toimintalämpötilat ja jäähtymä

6.2 Yhteenveto asuinrakennusten mittaustuloksista

Seurantamittauksessa olleiden kuukausikohtaiset energian kulutukset ovat

toukokuusta 1999 huhtikuuhun 2000. Nämä kulutukset on esitetty liitteessä 4.

Rakennusten kuukausittaiset ominaiskulutukset on esitetty liitteessä 5. Rakennusten

ominaiskulutusta on tarkasteltu myöhemmin kappaleessa 7.5.

Seuramittauksissa olevissa rakennuksissa kaukolämmön tulolämpötila alenee lähes

samassa suhteessa ulkolämpötilan lämmetessä. Rakennuksissa, joissa patteriverkon

menolämpötila laskee suhteellisesti enemmän kuin kaukolämpöveden tulolämpötila

ulkoilman lämmetessä ja lämmitystarpeen vähentyessä, kasvaa kaukolämpöveden

jäähtymä. Vastaavasti kaukolämpöveden jäähtymä voi kasvaa lämmitystarpeen

kasvaessa rakennuksissa, joissa patteriverkon menolämpötila laskee hitaasti

säätökäyrän ollessa hyvin laakea. Kun kaukolämpöveden tulolämpötila ja

patteriverkon menolämpötila muuttuvat likimain samassa suhteessa ulkolämpötilan

lämmetessä, pysyy kaukolämpöveden jäähtymä likimain vakiona. Kaukolämpöveden

erilaisia jäähtymiä eri toimintapisteissä on esitelty kuvassa 6.12.

46

40

45

50

55

60

65

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10


Läm

pötil

a (°

C)

Kylänaukio

Kaupunginkatu 6

Espoonlahti

Kuva 6.12. Kaukolämpöveden jäähtymä eri toimintapisteissä

Asuinkerrostalojen keskimääräisissä patteriverkkojen jäähtymissä on ollut

huomattavia eroja. Paras jäähtymä on ollut Kylänraitissa ja huonoin vanhemmissa

rakennuksissa (Gesters ja Espoonlahti). Asuinkerrostalojen keskimääräiset jäähtymät

on esitetty taulukossa 6.8. Vanhoissa rakennuksissa patteriverkot on mitoitettu

nykykäyttöä korkeammille lämpötiloille, mikä nostaa patteriverkon paluulämpötilaa

uusiin rakennuksiin verrattuna. Patteriverkoston tuloveden ja kaukolämpöverkoston

paluuveden asteisuuden ollessa alle 5 °C ei korkeammalla mitoituksella ollut niin

suurta vaikutusta kaukolämpöveden jäähtymään. Asteisuuden ollessa suurempi (n. 10

°C), kaukolämpöveden jäähtymä pieneni. Otanta tässä on kuitenkin niin pieni, että

tämän vaikutusta ei sovi yliarvioida. Teoriassa lämmönsiirrin kuitenkin käyttäytyy

vastaavasti.

Huippukuormituksessa olevat jäähtymät ovat pienemmät kuin mitoitetut arvot.

Seurannassa mukana olleiden rakennusten, joiden patteriverkon mitoitus on 70/40

°C, keskimääräinen patteriverkon menolämpötila on ollut noin 62 °C.

Keskimääräinen paluulämpötila on vastaavasti ollut 42 °C.

Patteriverkon virtauksen ollessa mitoitettua suurempi patteriverkon jäähtymä

huononee. Seurannassa olleista rakennuksista ei ollut saatavilla patteriverkon

47

virtaamia. Voidaan kuitenkin olettaa patteriverkon virtaamien olevan suuremmat

kuin mitoitusarvot, sillä jäähtymän arvot ovat olleet alhaisempia kuin mitoitusarvot.

Toisaalta lämmönsiirtimen ylimitoitus kyseisessä tilanteessa osaltaan vaikuttaa

tähän. Ylimitoituksesta johtuvan ylikapasiteetin hyödyntämistä on tarkasteltu

kappaleessa 7.1.

Taulukko 6.8. Asuinrakennusten keskimääräiset jäähtymät seurantajaksollaPatteriverkko Kaukolämpövesi

Gesters 1. 5,0 60,2Gesters 2. 6,2 35,7Espoonlahti 4,7 63,3Kirkonkello 11,4 44,1Kirkkopolku 10,5 54,0Kylänraitti 14,0 62,2Kylänaukio 9,6 58,5Kaupunginkatu 6 7,8 46,1Patoranta 11,7 47,6Patokuja 9,8 49,0

Vanhoissa rakennuksissa kaukolämpöveden jäähdytyksessä on ollut suuria vaihteluja

(säädön heilahtelua). Säätöventtiilien mitoituksessa ja säätimien toiminnassa on

korjattavaa, jotta säätö kykenisi seuraamaan kaukolämpöveden lämpötilamuutoksia

mahdollisimman pitkälle.

Käyttöveden vaikutus kaukolämmön paluulämpötilaan on päiväsaikaan hetkittäin

huomattavan suuri. Seurantamittauksissa mukana olleissa rakennuksissa lämpimän

käyttöveden vaikutus kaukolämpöveden jäähtymään on ollut kohteissa keskimäärin

noin 2 °C. Suurimmillaan se on ollut 3,3 °C Kylänaukiossa.

6.3 Kriittiset asiakkaat Vantaan Energian kaukolämpöverkossa

Vantaan Energian kaukolämpöverkon mahdollisina kriittisinä asiakkaina

menolämpötilan alentamisen suhteen on tarkasteltu Helsinki-Vantaan lentokenttää ja

lämmönsiirtoasemia Helsingin ja Keravan verkkoon.

48

Helsinki-Vantaan lentokenttä

Helsinki-Vantaan lentokentän seurantamittaukset ovat ajanjaksolta 1.1.-30.1.2000.

Mittaukset on koottu lentokentän lämmönsiirtoverkon tietojenkeruujärjestelmästä.

Tiedot on laskettu neljän tunnin keskiarvoina. Mittausten lämpötilat ja virtaukset

ovat keskimääräisiä arvoja ennen ja jälkeen lämmönsiirtimien.

Helsinki-Vantaan lentoasemalla on oma alueverkkonsa, joka on kytketty Vantaan

Energian kaukolämpöverkkoon viidellä lämmönsiirtimellä. Lämmönsiirrinten

ominaisuudet on esitetty taulukossa 6.9. Lämmönmyyntisopimuksessa tehoksi on

sovittu 21 MW. Lentoasemalla on käytössä viisi kattilaa, joilla voidaan tuottaa

huipputehoa tai häiriötilanteessa tarvittavaa kokonaistehoa. Ensiö- ja toisiopuolella

lämmönsiirtimien käyttölämpötila on 120 °C ja rakennepaine on 16 bar.

Lämmönsiirtimet ovat otettu käyttöön vuonna 1983 paitsi lämmönsiirrin LS5, joka

on otettu käyttöön vuonna 1997.

Taulukko 6.9. Helsinki-Vantaan lämmönsiirtimien ominaisuudetLämmönsiirrin LS1 LS2 LS3 LS4 LS5 ensiö toisio ensiö toisio ensiö toisio ensiö toisio ensiö toisioTeho kW 12000 6000 6000 6000 6000Lämpötilat oC 115-65 55-110 115-64 55-110 115-65 55-110 115-65 55-110 115-60 55-110Virtaus dm3/s 57,3 52,1 28,1 26,1 28,7 26,1 28,7 26,1 26,0 26,1Painehäviö kPa 20 25 20 25 15 10 15 10 15 15

Lentoaseman Vantaan Energian kaukolämpöverkosta ottama energian kulutus

vuonna 1999 on ollut 84 483 MWh ja jäähdytys 46 °C. Lentoaseman jäähtymä on

suurempi kuin kuluttajien keskimääräinen jäähtymä, joka on ollut n. 43 °C.

Lentoaseman lämmitystilavuus on 3 250 000 m3, joten vuotuinen ominaiskulutus on

26 kWh/m3.

Lentoaseman kaukolämpöverkon virtaus on suurempi kuin Vantaan

kaukolämpöverkon, jolloin jäähtymä on suurempi ensiöpuolella. Lentoaseman

lämmönsiirtimien virtaukset ensiö- ja toisiopuolella on esitetty kuvassa 6.13.

49

Kuva 6.13. Helsinki-Vantaan lentoaseman kaukolämpöveden virtaukset ensiö-ja toisiopuolella ulkolämpötilan funktiona

Kuva 6.14. Helsinki-Vantaan lentoaseman kaukolämpöveden tulo- japaluulämpötilat ulkolämpötilan funktiona

Lentokentän lämmönsiirron tuloja paluulämpötilat on esitetty kuvassa 6.14.

Vantaan Energian kaukolämpöveden (KL) tulolämpötilan ja lentokentän menoveden

200

250

300

350

400

450

500

550

600

-20 -15 -10 -5 0 5

Ulkolämpötila (oC)

Virt

aus

(m3 /h

)

EnsiöToisio

30

40

50

60

70

80

90

100

110

-20 -15 -10 -5 0 5Ulkolämpötila (°C)

Läm

pötil

a (°

C)

KL-Tulo

KL-Paluu

LV-Meno

LV-Paluu

50

(LV) lämpötilaero on suurempi kuin mitoitus. Huipputeho tuotetaan lentokentän

omilla kattiloilla, joka selittää menolämpötilan rajoittamisen kylmemmällä

ulkolämpötilalla.

Lämmönsiirtimet eivät rajoita kaukolämpöveden tulolämpötilan alentamista, kun

tarvittava lentokentän menoveden lämpötila on kuvan 6.14 mukainen. Lentokenttä ei

erityiskuluttajana ole lämpötilan laskemisen kannalta kriittinen. Lämmönsiirrinten

kapasiteetti mahdollistaa kaukolämpöveden tulolämpötilan alentamisen.

Kaukolämpöveden tulolämpötilaa voidaan alentaa noin 6-8 °C ulkolämpötilan

ollessa -5 °C:een ja +5 °C:een välissä. Tällöin toisiopuolen virtaus suhteessa

mitoitettuun arvoon tulee olemaan likimain sama kuin ensiöpuolella.

Lämmönsiirtoasemat

Vantaan Energian kaukolämpöverkko on yhteydessä kahdella lämmönsiirtoasemalla

Helsingin kaukolämpöverkkoon (Myyrmäki ja Heidehof) ja yhdellä Keravan

kaukolämpöverkkoon. Lämmönsiirrinten tekniset tiedot on esitetty taulukossa 6.10.

Lämmönsiirtoasemien seurantajakso on ollut 12.2.-15.3.2000. Tulokset on kerätty 5

minuutin keskiarvoina Vantaan Energian tiedonkeruuohjelmasta.

Taulukko 6.10. Lämmönsiirtoasemien lämmönsiirtimien tekniset tiedotLämmönsiirtoasema Myyrmäki Heidehof KeravaKäyttöönottovuosi 1980 1994 1996 ensiö toisio ensiö toisio ensiö toisioTeho MW 2 x 25 2 x 40 20Lämpötilat oC 85-50 45-80 120-79,8 74,7-115 115-75 70-110Virtaus dm3/s 171 171 236,11 236,11 119 119,1Painehäviö kPa 150 150 79,6 79,6 79,35 79,69Lämpöpinta-ala m2 862,68 989 529,5Rakennepaine bar 16 16 16Rakennelämpötila oC 120 120 120

Vantaan Energian kaukolämpöverkossa kaukaisin kohta on pohjoisessa, jossa on

myös yhteys Keravan kaukolämpöverkkoon. Lämmönsiirtoasemien

lämmönsiirtimien ensiöpuolen kaukolämpöveden tulolämpötilassa ja toisiopuolen

menoveden lämpötilassa on asteisuus. Asteisuus on ollut n. 5 °C. Voimalaitoksilta ja

51

lämpökeskuksilta lähtevän kaukolämpöveden menolämpötilan määrää Keravalle

myytävän kaukolämmön lämpötila, eivätkä kaukaisimman kuluttajan vaatimukset.

Keravan kaukolämpöverkon menolämpötila lämmönsiirtoasemalta ulkoilman

funktiona on esitetty kuvassa 6.15. Kuvaan on myös lisätty Sky:n suosituskäyrä

kaukolämpöverkon menolämpötilalle päiväjaksolla kuvasta 2.1.

Kuvasta 6.15 huomataan, että Keravan kaukolämpöveden menolämpötila vaihtelee n.

10 °C ulkolämpötilan ollessa alle –8 °C. Ulkolämpötilan ollessa yli -8 °C Keravalle

menevän kaukolämpöveden lämpötila vaihtelee n. 15 °C eri toimintapisteissä.

Keravan lämmönsiirtoasemaa lähellä olevien lämpölaitosten käyttö nostaa

menoveden lämpötilaa. Kaukolämpöveden menolämpötila vaihtelee enemmän kuin

seurannassa olleissa voimalaitoksissa, kappale 6.4.

Kuva 6.15. Keravalle menevän kaukolämpöveden lämpötila

Vantaan Energia ja Helsingin Energia ovat sopineet yhteistyöstä, jossa

Martinlaakson voimalaitoksella tuotettua lämpöä siirretään Myyrmäen

lämmönsiirtoaseman kautta Helsingin verkkoon ja Heidehofin lämmönsiirtoasemalta

vastaavasti otetaan lämpöä. Näin toimittaessa pumppaamiseen tarvittava energia

pienenee, sillä pitkä siirtomatka itään päin jää pois.

80

90

100

110

-20 -15 -10 -5 0 5Ulkolämpötila (°C)

Men

oläm

pötil

a (°

C)

Keravan KL-Meno

Suosituskäyrä päivä

52

Näissä lämmönsiirtoasemissa valmistajan ilmoittamia toimintalämpötiloja ei olla

aina tavoitettu. Osittain syynä saattaa olla levyjen liikkuminen paine-erojen takia ja

tätä myötä lämmönsiirtokertoimen muuttuminen hydraalisen halkaisijan muuttuessa.

Toisaalta huono mittaustarkkuus näkyy selvästi lasketuissa tehoissa eri puolilla

lämmönsiirrintä. Mittaustarkkuuden takia näiden tarkastelu ei ole järkevää.

Lämmönsiirtoasemien lämpöpintojen putsaus ei poistanut ongelmaa, joten kyseessä

ei ole likaantumisen aiheuttama lämmönsiirron heikentyminen.

Helsingin verkkoon kytketyillä lämmönsiirtimillä lämpötila tasot ovat hyvin laakeita

eri toimintapisteissä. Heidehofin lämmönsiirtoaseman Helsingistä tulevan (Tulo

HKI) ja Vantaalle menevän (Meno VE) kaukolämpöveden keskimääräiset lämpötilat

eri toimintapisteissä on esitetty kuvassa 6.16. Kuvaan on lisätty Sky:n suositus

päiväjaksolla kaukolämpöverkon menolämpötilalle kuvasta 2.1. Lämpimillä

ulkoilmoilla menolämpötila on ollut huomattavasti korkeampi verrattuna

suosituskäyrään. Virtauksen suuruudella on pääasiallisesti säädelty siirrettävää tehoa.

Tämän alueen tarkempi tutkiminen ja selvitykset lämpötilan alentamiselle eri

toimintapisteissä kaipaa jatkotutkimusta.

80

90

100

110

120

-20 -15 -10 -5 0 5


Läm

pötil

a (°

C)

Suositus

Tulo HKI

Meno VE

Kuva 6.16. Heidehofin lämmönsiirtoaseman tuloja menoveden lämpötilat

53

6.4 Lämpölaitoksien ajokäyrät

Lämpölaitoksien kaukolämpöveden menoja paluulämpötiloja on tarkasteltu

Vantaalta, Kuopiosta, Kokkolasta ja Oulusta. Mittaustulokset on kerätty vuoden

ajalta tuntikeskiarvoina. Mittauksista on laskettu kaukolämpöveden keskimääräiset

menoja paluulämpötilojen arvot eri ulkolämpötiloilla. Vuorokausi on jaettu yö- ja

päiväjaksoon, jotta mahdolliset poikkeavuudet eri vuorokauden aikana saataisiin

näkymään. Vuorokausijako on ilmoitettu tuotantolaitokselta. Yöjakso on tuntien 22

ja 06 välillä , paitsi Oulun Energian Toppilan voimalaitoksella yöjakso on 22-07.

Vantaa

Vantaan Energian Martinlaakson voimalaitoksen mittaukset ovat ajanjaksolta

31.3.1999-1.3.2000. Vantaan Energian Martinlaakson voimalaitokseen kuuluu

hiilikattila, kaasukattila, kaksi höyryturbiinia, kaasuturbiini, sekä kaukolämpöakku.

Voimalaitoksen kokonaislämpöteho on 360 MW. Lämpökeskuksia on 6 kpl, joiden

yhteisteho on 275 MW. Vantaan Energian kaukolämpöverkko on yhteydessä

lämmönsiirtoasemilla Keravan ja Helsingin kaukolämpöverkkoihin.

Kaukolämpöverkon yhteispituus on ollut vuoden 1999 lopussa 371 km. Vantaan

Energialla on suunnitteilla 120 MW:n lämpölaitos verkon itäpuolelle. Tällä on

tarkoituksena tuottaa huipputehoa Vantaalle ja Helsinkiin.

Kuopio

Kuopion Energian Haapaniemen voimalaitoksen mittaukset ovat ajanjaksolta

1.1.1998-31.12.1998. Kuopion Energian Haapaniemen lämmitysvoimalaitosten

kokonaislämpöteho on 205 MW, josta 25 MW saadaan reduktiolla. Haapaniemen

kahden vastapainelaitoksen pääpolttoaine on jyrsinturve. Öljykäyttöisiä kiinteitä

lämpökeskuksia on seitsemän ja niiden yhteisteho on 302 MW. Kaukolämpöverkon

yhteispituus on ollut vuoden 1999 lopussa 282 km.

54

Oulu

Oulun Energian mittaustulokset ovat ajanjaksolta 3.5.1998-2.5.1999 Toppilan

voimalaitokselta. Oulun Energian kaukolämmön tuotantokapasiteetti koostuu

kahdesta turvekäyttöisestä kaukolämpövoimalaitosyksiköstä, joiden lämpötehot ovat

159 MW ja 172 MW. Yhteisteho on 331 MW. Polttoöljykäyttöisiä huippu- ja

varalämpökeskuksia verkossa on 5 kpl, yhteisteholtaan 175 MW. Tämän lisäksi on

ostotehoa paikalliselta teollisuudelta ja sairaalalta 141 MW. Järjestelmään kuuluu

myös suoraan kytketty lämpöakku, jonka tilavuus on 15 500 m3. Toppilan

voimalaitoksen kaukolämpöveden menolämpötila päivä- ja yöjaksolla on esitetty

kuvissa 6.17 ja 6.18.

Voimalaitosyksiköiden tuotanto riittää kattamaan verkon kuorman noin -20 °C

ulkolämpötilaan saakka. Tämän yli menevän kuorman osuus vuotuisesta

lämmönhankinnasta on keskimäärin 2-3 %. Kesäisin lämmön hankinta voi tapahtua

kokonaisuudessaan teollisuudelta. Tämän hankinnan osuus on myös pieni n. 1-3 %

koko vuoden hankinnasta.

Erityisvaatimuksia asettavia asiakkaita ei Oulun Energian verkossa ole. Pisin

siirtoetäisyys on noin 13 km.

Kokkola

Kokkolan Voiman mittaustulokset ovat Kemiran lämmöntuotantolaitokselta

ajanjaksolta 1.1.-31.10.1999. Pohjakuormaa Kokkolassa ajaa Kokkolan Voima Oy:n

(Kovon) Kemiralla sijaitseva LTO/RPÖ laitos, joka tuottaa tarvitusta

kaukolämpöenergiasta noin puolet. Loppuosa on tehty 1999 Kosilan

raskaspolttoöljylaitoksella, ja terävin huippu Koivuhaan kevyttä polttoöljyä

käyttävällä huippu- ja varalaitoksella. Talvikausi 1999/2000 ja 2000/2001 Kosila on

korvattu Fortum Oy Kokkolan voimalaitoksen toimituksella lyhytaikaisin

sopimuksin. Vuoden 2001 lopulla Kovolle valmistuu yhdistetty lämpö- ja

sähkövoimalaitos.

55

Kokkolan Voima Oy:n Kemiran tuotantolaitoksessa on lämmön talteenottoteho

rikkihappoprosessista 14-18 MW. Lisälämmityskattila on teholtaan 12 MW (RPÖ).

Kemiran tuotantolaitoksen kaukolämpöveden menolämpötila päivä- ja yöjaksolla on

esitetty kuvissa 6.17 ja 6.18. Lisälämmityskattilalla nostetaan lämmön talteenoton

jälkeisen kaukolämpöveden lämpötila normaalikäyrälle. Kylmimmillä ilmoilla

lämmön talteenottokattilan teho on noin 14 MW ja lisälämmityskattilan teho on noin

12 MW. Silloin kaukolämpöveden lämpötila jää jonkin verran alle tavoitekäyrän,

mutta muiden laitosten normaalilämpötila kompensoi osittain alilämpötilan.

Kosilan lämpökeskuksessa on kolme raskaspolttoöljyä käyttävää kattilaa. Kaksi

näistä on teholtaan 25 MW ja yksi 12 MW. Näitä on käytetty, kun Kovon tuottama

teho ei ole riittänyt. Vuonna 1999 näitä on käytetty ulkolämpötilan ollessa n. +5 °C:n

alapuolella.

Koivuhaan vara- ja huippulaitoksessa on kaksi 10 MW:n kevytpolttoöljykattilaa.

Nämä ovat toiminnassa, kun ulkoilman lämpötila on alle -28 °C.

Vuonna 1999 Kokkolan energialaitoksen kaukolämpöverkoston kokonaispituus on

ollut noin 82 km. Samana vuonna Kokkolan kaukolämmön kokonaishankinta on

ollut 216,9 GWh. Tämä on jakautunut siten, että 104,5 GWh on tuotettu Kemiran

laitoksella, 86,9 GWh Kosilan laitoksella, 0,8 GWh Koivuhaassa, Fortum Oy:n

Kokkolan voimalaitos (1.11-31.12.1999) on tuottanut 22,7 GWh ja 2,0 GWh on

tuotettu siirrettävällä lämpökeskuksella. Siirrettävä lämpökeskus on ollut

erillisverkossa 1999 lokakuuhun saakka.

Kokkolassa ei kriittisiä asiakasliitoksia lämpötilan suhteen ole ilmaantunut käytössä

olevalla ajokäyrällä. Ainoana ongelmana on Kovon lämmöntuotantolaitoksesta (ja

Fortum Oy:n Kokkolan voimalaitoksesta) katsottuna kaukolämpöverkon toisella

reunalla oleva Teknologiakeskus. Sinne johtava jakelujohto on käynyt ahtaaksi.

Teknologiakeskuksen ympäristössä on Teknillisen koulun ja Ammattioppilaitoksen

isoja kiinteistöjä. Aamuhuippuaikana alueen paine-erotaso jonkin verran laskee.

Kosilan laitoksen ollessa käynnissä ei ongelmaa ole, koska laitos on lähempänä

Teknologiakeskusta kuin muut tuotantolaitokset.

56

Pori

Porin Energian Aittaluodon voimalaitoksessa on kaksi kattilaa ja kaksi

höyryturbiinia. Laitoksen sähköteho on 55 MW, kaukolämpöteho on 100 MW, ja

höyryteho on 55 MW. Laitos tuottaa suurimman osan Porin kaupungin tarvitsemasta

kaukolämmöstä. Porin Energian kaukolämpöverkossa ei ole erikoistapauksia ja

kriittisiä pisteitä. Aittaluodon voimalaitoksen mittaustuloksia ei pystynyt jakamaan

yö- ja päiväjaksoon.

6.4.1 Lämpölaitosten kaukolämpöveden menoja paluulämpötilat

Lämpölaitosten kaukolämpöveden menolämpötilat päiväjaksolla on esitetty kuvassa

6.17 ja yöjaksolla kuvassa 6.18. Kaukolämpöveden menolämpötila on yöjaksolla

kylmillä ulkolämpötiloilla suurempi kuin päiväjaksolla. Vastaavasti lämpimillä

ulkolämpötiloilla on kaukolämpöveden menolämpötila suurempi päiväjaksolla kuin

yöjaksolla. Lämpölaitoksien menoveden lämpötilakäyrissä on selvästi verkon

pituuden aiheuttaman lämpöhäviöiden suuruuden vaikutus. Mitä pitempi verkko, sitä

suurempi on kaukolämpöveden menolämpötila.

70

80

90

100

110

120

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30Ulkoilman lämpötila (°C)

Men

oläm

pötil

a (°

C)

Kuopio MenoPäivä

Vantaa MenoPäivä

Oulu MenoPäivä

Kokkola MenoPäivä

Pori Meno

Säätösuositus

Kuva 6.17. Kaukolämpöveden menolämpötilat päiväjaksolla eri kaupunkienpäätuotantolaitoksilla

57

Ulkolämpötilan ollessa suurempi kuin -20 °C Martinlaakson voimalaitoksen

kaukolämpöveden lämpötila on muita huomattavasti suurempi. Tämä johtuu verkon

pituudesta ja yhteyksistä muihin kaukolämpöverkkoihin. Vantaan Energian

Martinlaakson voimalaitoksen kaukolämpöveden menolämpötila on lähellä Kuopion

Energian Haapaniemen voimalaitoksen käyrää ulkolämpötilan ollessa noin - 20 °C.

Tällöin Vantaan Energian lämpölaitoksilla tuotetaan lämpöä verkon itäosissa, jolloin

siirtoetäisyys Martinlaakson voimalaitokselta on lyhyempi. Kokkolan Kemiran

LTO/RPÖ -laitoksen kaukolämpöveden menolämpötila on kaikista alhaisin.

70

80

90

100

110

120

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30Ulkoilman lämpötila (°C)

Men

oläm

pötil

a (°

C)

Kuopio MenoYö

Vantaa MenoYö

Oulu Meno Yö

Kokkola MenoYö

Pori Meno

Säätösuositus

Kuva 6.18. Kaukolämpöveden menolämpötilat yöjaksolla eri kaupunkienpäätuotantolaitoksilla

Lämpölaitosten kaukolämpöveden paluulämpötilat päiväjaksolla on esitetty kuvassa

6.19. Lämpölaitoksissa, joissa menoveden lämpötila on suurempi, on myös

paluuveden lämpötila suurempi. Kuopion paluuveden lämpötila on, ulkolämpötilan

ollessa yli 10 °C, muita huomattavasti korkeampi.

Kaukolämpöveden keskimääräiset jäähtymät ovat esitetty eri tuotantolaitoksilla

taulukossa 6.11. Suurin keskimääräinen jäähtymä on ollut Vantaalla ja pienin

Porissa. Kokkolan mittaustuloksista puuttuvat marras- ja joulukuun tulokset, joten

kyseisen lämpölaitoksen jäähtymien tarkempaa vertailua muiden lämpölaitoksien

58

keskimääräisiin jäähtymiin ei voitane tehdä. Kokkolan keskimääräinen jäähtymä on

suurempi koko vuonna kuin seurantajaksolla, koska marras- ja joulukuussa jäähtymä

on suurempi ulkoilman ollessa kylmempi.

Taulukko 6.11. Kaukolämpöveden keskimääräiset jäähtymät

Kaupunki Voimalaitos Seurantajakso Keskim. jäähtymä (°C) Keskim. ulkolämp. (°C) Päivä Yö Päivä YöKokkola Kemira 1.1.-31.10.1999 33,0 33,8 6,8 3,7Kuopio Haapaniemi 1.1.-31.12.1998 37,5 37,0 4,6 3,1Oulu Toppila 3.5.1998-2.5.1999 40,7 40,4 1,9 0,4Vantaa Martinlaakso 31.3.1999-1.3.2000 42,0 43,3 5,4 3,0Pori Aittaluoto 1.1.-31.12.1999 32,9* 3,1** ei eritelty yö- ja päiväjaksoon

40

45

50

55

60

65

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30Ulkolämpötila (°C)

Palu

uläm

pötil

a (°

C)

Kuopio PaluuPäivä

Vantaa PaluuPäivä

Oulu PaluuPäivä

Kokkola PaluuPäivä

Pori Paluu

Kuva 6.19. Kaukolämpöveden paluulämpötilat eri kaupunkienpäätuotantolaitoksilla

Jäähtymät päivällä eri ulkolämpötiloissa laskettuna menoja paluulämpötilojen

keskimääräisistä käyristä (kuva 6.17 ja kuva 6.19) on esitetty kuvassa 6.20.

Jäähtymät ovat saman suuruisia ulkolämpötilan ollessa alle -20 °C kaikissa muissa

paitsi Porissa. Suurimmat eroavuudet jäähtymissä on ollut ulkolämpötilan ollessa

välillä -10...+12 °C. Suurimmat keskimääräiset jäähtymät kyseisillä lämpötila-

alueilla on ollut pitemmissä verkoissa. Laitoksilla, joilla menoveden lämpötila on

ollut suurempi kyseisellä lämpötila-alueella, on jäähtymä myös ollut suurempi.

59

20

30

40

50

60

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30Ulkolämpötila (°C)

Jääh

tym

ä (°

C)

Kuopio Päivä

Vantaa Päivä

Oulu Päivä

Kokkola Päivä

Pori

Kuva 6.20. Kaukolämpöveden jäähtymät eri kaupunkien päätuotantolaitoksilla

60

7 Meno- ja paluulämpötilojen alentamisenmahdollistavat tekijät

7.1 Lämmönsiirrinten kapasiteetti

Kapasiteetti voidaan laskea vertaamalla mitattua tehoa mitoitusulkolämpötilassa

mitoitettuun tehoon. Mitattu teho mitoitusulkolämpötilassa voidaan laskea, kun

tiedetään toisiopuolen lämpötilat ja virtaus. Rakennusten lämmitysjärjestelmistä ei

kuitenkaan yleensä ole saatavilla virtauksia, joten kapasiteetin määrittämisessä

joudutaan tarkastelemaan vuotuista energiankulutusta ja arvioimaan siten

rakennuksen huipputehon tarve kaavalla 7.1. Tätä laskentamallia käytetään

mitoitettaessa vanhan asuinrakennuksen patteriverkon lämmönsiirrintä /9/.

Seurantamittauksessa olleissa kohteissa laskettu lämmitysverkoston jäähtymä

mitoitusulkolämpötilassa on ollut useimmissa tapauksissa huomattavasti pienempi

kuin mitoitettu lämpötilaero. Näiden suhdetta voitaisiin tietysti verrata ja ratkaista

kapasiteetti, mikäli lämmitysverkoston kiertovirtaus olisi mitoitusarvossaan. Näin ei

kuitenkaan yleensä ole, vaan kiertoveden virtaus on mitoitettua arvoa suurempi.

Lämmönsiirtimen tehon tarve lasketaan kaavalla

t

ulLS S

tCQ24

)17( −°=Φ , (7.1)

missä Ql on lämmitykseen kulunut lämmitysenergia (=normeerattu) seurantajaksolla

(MWh), tu on mitoitusulkolämpötila (°C) ja St on astepäiväluku seurantajaksolla

(°Cd) /9/.

Kaukolämmityksen kaukolukulaitteet rekisteröivät rakennuksen energiankulutuksen.

Normeerattu lämmitykseen kulunut energia lasketaan kaavalla

61

knl QQQ −= , (7.2)

missä Qn on normeerattu energiankulutus (MWh) ja Qk on käyttöveden lämmityksen

energiankulutus (MWh).

Lämpimän käyttöveden kulutus ei riipu ulkolämpötilasta, joten se pysyy vakiona ja

se on otettava huomioon. Normeerattu energiankulutus lasketaan kaavalla

)1( tknttk

tn QQSSQQ

QQ

−+= , (7.3)

missä Qt on tarkastelujakson energiankulutus (MWh) ja St sen astepäiväluku (°Cd).

Sn on normaalivuoden astepäiväluku (°Cd).

Astepäiväluku lasketaan +17 °C:n sisälämpötilalla, koska loppu (+3 °C) oletetaan

saatavan ilmaisenergioista, esim. auringosta, taloussähköstä, ihmisistä jne. Yhden

päivän astepäiväluku saadaan sisälämpötilan ja vuorokauden keskilämpötilan

erotuksena. Astepäiväluku on nolla niinä päivinä, joina keskilämpötila on

kevätpuoliskolla yli +10 °C ja syyspuoliskolla yli +12 °C. Pitemmän aikajakson

astepäiväluku saadaan, kun jakson vuorokausien astepäiväluvut lasketaan yhteen.

Normaalivuoden astepäiväluvut on hankittu Ilmatieteen laitokselta. Ilmatieteen laitos

ei kuitenkaan tilastoi astepäivälukuja kuin noin 50 paikkakunnalta, joten muiden

paikkakuntien kohdalla on tyydyttävä käyttämään lähimmän ilmoitetun

paikkakunnan astepäivälukua. Helsingin seudulla on saatavilla kaksi eri

mittauspistettä Helsinki-Vantaan lentoasema ja Kaisaniemi. Normaalivuoden

astepäiväluku Helsinki-Vantaan lentoaseman mittauspisteessä on 4366 °Cd ja

Kaisaniemessä 4098 °Cd. Ilmatieteen laitokselta on myös mahdollista saada

kuukausittaiset astepäiväluvut, jotka on esitetty taulukossa 7.1.

Käyttöveden lämmityksen energiankulutus voidaan arvioida kesäkuukausien (kesä-,

heinä- ja elokuu) kulutusten perusteella. Kesäkuukausien kulutuksesta lasketaan

keskiarvo, jota voidaan pitää kuukausittaisena käyttöveden kulutuksena.

62

Taulukko 7.1. Kuukausittaiset astepäiväluvutVuosi Kuukausi Vantaa Kaisaniemi1999 Huhtikuu 302 3361999 Toukokuu 218 2121999 Kesäkuu 0 01999 Heinäkuu 0 01999 Elokuu 6 61999 Syyskuu 102 661999 Lokakuu 311 2791999 Marraskuu 435 4101999 Joulukuu 597 5632000 Tammikuu 616 5952000 Helmikuu 568 5412000 Maaliskuu 551 535

Yhteensä (°Cd) 3706 3543

Lämmönsiirtimen laskettua tehoa mitoitusulkolämpötilassa verrataan

lämmönsiirtimen mitoitustehoon (kilpiteho), jolloin saadaan laskettua kapasiteetti η.

Mikäli η>1 on lämmönsiirrin alimitoitettu ja mikäli η<1 on lämmönsiirrin

ylimitoitettu.

kilpi

LS

ΦΦ

=η (7.4)

Seurannassa olleiden rakennusten, joista oli saatavilla tarvittavat lähtötiedot,

lämmityslämmönsiirrinten kapasiteetit on esitetty taulukossa 7.2.

Taulukko 7.2. Asuinrakennusten lämmönsiirtimien laskentatuloksetAsuinrakennus Kirkonkello Kirkkopolku Kylänraitti Kylänaukio Kaupungink.Vuosikulutus MWh 529,6 1321,8 479,6 645,1 285,6Astepäiväluku (4/99-3/00) oCd 3543 3543 3543 3543 3543Astepäiväluku normeerattu oCd 4098 4098 4098 4098 4098Mitoituslämpötila oC -26 -26 -26 -26 -26Vuosikulutus normeerattu MWh 576,2 1448,3 516,8 704,8 313,1Kesk. kesäkulutus MWh 17,8 39,1 18,7 20,1 8,4Käyttöveden vuosikulutus MWh 213,2 469,6 224,4 241,2 100,4Lämmityksen vuosikulutus MWh 363,0 978,7 292,4 463,6 212,7Lämmityksen teho kW 158,7 427,9 127,8 202,7 93,0Kilpiteho kW 160 443 210 260 118Kapasiteetti 0,99 0,97 0,61 0,78 0,79

63

7.2 Ylikapasiteetin hyödyntäminen

Monien rakennusten lämmönsiirtimet ovat yleensä ylimitoitettuja. Ylimitoitus

aiheuttaa ylikapasiteettia, jota tehontarpeen pieneneminen lisää entisestään.

Ylimitoitus mahdollistaa kaukolämpöveden tulolämpötilan alentamisen.

Kaukolämpöveden tulolämpötilan pudottamismahdollisuuksia on tutkittu

lämmönsiirtimistä tehtyjen tyyppitestausraporttien pohjalta. Lämmönsiirtimiksi on

valittu neljä Ceteterm lämmönsiirrintä SWEDAC:n raportista /12/. Lämmönsiirrinten

tekniset tiedot on esitetty taulukossa 7.3.

Taulukko 7.3. Lämmönsiirtimien tekniset tiedotValmistaja Ceteterm Ceteterm Ceteterm Ceteterm ensiö toisio ensiö toisio ensiö toisio ensiö toisioTeho kW 163 355 577 840Lämpötila °C 115-45 40-70 115-45 40-70 115-65 60-80 115-45 40-70Virtaus kg/s 0,56 1,30 1,21 2,83 2,76 6,90 2,87 6,70Levyjen lkm - 40 50 120 120Pinta-ala m2 1,94 4,8 11,8 11,8

Kuvassa 7.1 on esitetty eri lämmönsiirtimien kaukolämpöveden tulolämpötilan

alentamismahdollisuus tehontarpeen funktiona. Tehontarve on ko. tulolämpötilalla

saatavan tehon suhde mitoitustehoon. Virtaamat ensiö- ja toisiopuolella ovat

mitoitusarvoissaan. Esimerkiksi teholtaan 355 kW:n lämmönsiirtimellä kapasiteetin

ollessa 90 % mitoitustehosta, on kaukolämpöveden tulolämpötilan oltava n. 106 °C

mitoitusulkolämpötilassa. Toisiopuolen menolämpötila on noin 65 °C (kuva 7.2)

mitoitusulkolämpötilassa.

64

60

70

80

90

100

110

120

0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10Tehontarve huipputehosta

Tulo

läm

pötil

a (°

C)

577 kW

163 kW

355 kW

840 kW

Kuva 7.1. Kaukolämpöveden tulolämpötila tehontarpeen funktiona

30

40

50

60

70

80

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10Tehon tarve huipputehosta

Men

oläm

pötil

a (°

C)

577 kW163 kW355 kW840 kW

Kuva 7.2. Lämmitysverkostoveden menolämpötila tehontarpeen funktiona

Jotta kaukolämpöveden menoveden lämpötilaa voidaan alentaa, tulee kaikkien

verkkoon liitettyjen rakennusten patteriverkkojen todelliset toimintalämpötilat

selvittää. Keskimääräistä korkeammilla lämpötilatasoilla toimivien rakennusten

osalta on selvitettävä mahdollisuudet toimintalämpötilojen alentamiselle. Yhtenä

vaihtoehtona on ylikapasiteetin hyödyntäminen. Syynä keskimääräistä korkeampaan

65

lämpötilatasoon voi olla esim. säätölaitevika, virheellinen säätökäyrän asetusarvo tai

rakennuksen huono energiatalous.

Jos keskimääräistä korkeampi lämmitysverkoston lämpötilataso johtuu siitä, että

patteriverkko on mitoitettu hyvin tarkasti, on lämpötilatason alentaminen hankalaa.

Jos rakennuksen lämmöntarvetta ei voida järkevillä toimenpiteillä vähentää, voidaan

lämpötila tasoa laskea vain pattereiden lämmönsiirtopinta-alaa lisäämällä. Tällainen

menettely on kuitenkin yleensä kallis.

Ilmalämmitteisissä rakennuksissa kaukolämpöveden tulolämpötilan alentaminen voi

aiheuttaa vaikeuksia. Sisään puhallettavan ilman liian alhainen lämpötila aistitaan

nopeasti. Pahimmassa tapauksessa kiertoveden alhainen lämpötila voi aiheuttaa

ilmalämmityspatterin jäätymisen, jos laitteiston jäätymissuoja ei toimi.

7.2.1 Lämmönsiirtimen konduktanssi

Lämmönsiirtimen konduktanssin laskemisesta tekee hankalan virtaustekniset

laskelmat. Konduktiivisen lämmönsiirtokertoimen laskennassa tarvitaan Nusseltin

lukua, joka riippuu lämpötilasta, virtauksesta, lämmönsiirtimen rakenteesta jne.

Tarkastellessa lämmönsiirtimen konduktanssin käyttäytymistä voidaan laskenta

suorittaa, kun tiedetään lämmönsiirtimen lämmönsiirtopinta-ala, sekä lämpötilat ja

virtaukset ensiö- ja toisiopuolella.

Tyyppitestaus raporteissa on saatavilla mittauksia eri lämmönsiirrinvalmistajien

lämmönsiirtimistä. Tyyppitestauksista voidaan laskea lämmönsiirtimien teho ja

konduktanssi. Tyyppitestauksissa mitattavat arvot ovat ensiö- ja toisiopuolen

lämpötilat, virtaukset sekä paine-erot.

Lämmönsiirtimen teho voidaan laskea mittaustulosten mukaan joko ensiö- tai

toisiopuolelta.

)()( ,,,, euespetstuptLS TTcmTTcm −=−=Φ �� , (7.5)

66

missä alaindeksi s tarkoittaa lämmönsiirtimeen tulevan veden mittauspistettä ja u

lämmönsiirtimestä poistuvan veden mittauspistettä. Alaindeksiksi t tarkoittaa

toisiopuolta ja e ensiöpuolta. T on veden lämpötila (°C), m� on veden massavirta

(kg/s) ja cp on veden ominaislämpö (4,19 kJ/kg,°C).

Konduktanssi lasketaan kaavalla

lnTAG

∆Φ= . (7.6)

Φ on lämmönsiirto teho ja A lämmönsiirto pinta-ala. Logaritminen lämpötilaero

lasketaan kaavalla

tseu

tues

tseutues

TTTT

TTTTT

,,

,,

,,,,ln

ln

)()(

−−

−−−=∆ . (7.7)

Lämpötilalla on suurempi vaikutus konduktanssiin kuin virtaamalla. Konduktanssin

eri arvoja eri toimintapisteissä käytetään apuna ratkaistaessa lämmönsiirtimen

konduktanssi-sovite (kaava 7.9). Tarkastelussa on tehty yhtälö, joka on riippuvainen

tietyistä muuttujista sekä ensiöpuolen virtauksesta ja lämpötiloista. Tällä yhtälöllä on

pystytty ratkaisemaan tässä työssä laskettuja tilanteita. Yhtälön yleistämistä muihin

tilanteisiin ei voida tehdä ennen tarkempaa analysointia. Muuttujat on ratkaistu

minimoimalla ϕ pienimmän neliösumman ratkaisumenetelmällä kaavalla 7.8.

Suhteellinen virhe tällä sovitteella on suurimmillaan ollut 2,5 %. Taulukossa 7.3

esitettyjen lämmönsiirrinten konduktanssi-sovitteen muuttujien arvot on esitetty

taulukossa 7.4.

� −= 2)),(( TmGGϕ (7.8)

Konduktanssi-sovitteen muodoksi on saatu

67

ba

mmxT

mmGTmG ��

�

��

�−−��

�

��

�=

000 )115(),( , (7.9)

missä a ja b ovat lämmönsiirrinkohtaisia muuttujia. x on kyseessä olevan

lämmönsiirtimen yhden asteen vaikutus konduktanssiin tietyllä lämpötila-alueella

(W/m2,°C). m/m0 on ensiöpuolen massavirran suhde mitoitusarvoon (-) ja T on

kaukolämpöveden tulolämpötila (°C).

Taulukko 7.4. Konduktanssi-sovitteen muuttujien arvot eri lämmönsiirtimilläKilpiteho Go a x b

(kW) (W/m2,°C) (-) (W/m2,°C2) (-)163 4800 0,641 9,64 0,79355 4374 0,628 5,86 0,11577 2771 0,638 2,12 -0,65840 4170 0,611 6,43 0,25

7.3 Kaukolämpöveden tulolämpötila kuluttajalle

Kuluttajilla on eri tehon tarve eri ulkolämpötiloilla ja eri sääoloissa. Kuluttajalaitteet

toimivat suuren osan vuodesta osakuormalla. Lämmönsiirtimien ylimitoituksen

hyödyntämisellä voidaan alentaa kaukolämpöveden tulolämpötilaa tai

paluulämpötilaa kuluttajille taatun hyvän kaukolämmön laadun siitä kärsimättä.

Kuluttajien tarvitsema tehon tarve voidaan tuottaa joko korkeammalla

kaukolämpöveden lämpötilalla ja pienemmällä virtauksella, tai alhaisemmalla

kaukolämpöveden lämpötilalla ja suuremmalla virtauksella.

Seuraavassa on tarkasteltu neljää eri tilannetta, jossa on tutkittu tarvittavaa

kaukolämpöveden tulolämpötilaa eri ulkolämpötiloissa. Tarkastelussa on perehdytty

tutkimaan asuinrakennuksen patteriverkon levylämmönsiirtimen toimintaa

kaukolämpöveden tulolämpötilan tarpeen ollessa yli 70 °C. Tämä lämpötila on

valittu käyttöveden lämmönsiirtimen mitoituksen mukaan, joka yleensä on 70 °C.

Mikäli käyttöveden lämmönsiirtimessä on ylimitoitusta, voidaan tätäkin lämpötilaa

laskea. Tarkasteltavaksi lämmönsiirtimeksi on valittu teholtaan 355 kW:n

lämmönsiirrin lämmityslämmönsiirrintaulukosta 7.3. Tyyppitestaus raportin

68

toisiopuolen lämpötilat kyseisellä lämmönsiirtimellä ovat 70/40 °C. Teoriassa

lämmitysverkoston lämpötilat käyttäytyvät kuvan 7.3 kaltaisesti eri toimintapisteissä,

kun pattereiden lämmönluovutusteho oletetaan lineaarisesti riippuvaksi ulkoilman

lämpötilasta. Tällöin lämmitysverkoston patterien virtaama pysyy vakiona eri

toimintapisteissä.

20

30

40

50

60

70

80

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10Ulkoilman lämpötila (°C)

Läm

pötil

a (°

C)

LV Meno

LV Paluu

Kuva 7.3. Lämmitysverkoston lämpötilat eri toimintapisteissä

Lämmönsiirtimien mitoituksessa asuinrakennukseen Suomen kaukolämpö ry:n

julkaisemassa raportissa on kaukolämpöveden tulolämpötilalle suositus, mikäli

lämpölaitoksella ei tätä ole /9/. Tämä on valittu seuraavassa tarkastelussa

tulolämpötilaksi. Tämä kaukolämpöveden tulolämpötila lasketaan kaavalla

uumitutulo tC

CttCT−°°−+°=

845)(115 , , (7.10)

kun ulkolämpötila on pienempi kuin + 8 °C. Ulkolämpötilan ollessa yli + 8 °C

kaukolämmön tulolämpötilaksi on 70 °C. tu on ulkoilman lämpötila (°C) ja tu,mit on

mitoitusulkolämpötila (°C). Tämä kuvaaja (kuvaaja 1) on esitetty kuvassa 7.5.

69

Lämmönsiirtimen virtaukset ensiöpuolella eri toimipisteissä saadaan ratkaistua

iteroimalla virtaukset kaavasta (7.11), kun tarvittavat alkuarvot tiedetään.

Toisiopuolen virtaus oletetaan vakioksi ja konduktanssi lasketaan apuna käyttäen

edellisessä kappaleessa laskettua sovitetta. Ensiöpuolen virtauksen suhde

mitoitusarvoonsa eri toimintapisteissä on esitetty kuvassa 7.4.

ln,, ),()( TTmGTTcm tstupt ∆=−� (7.11)

Alaindeksi t tarkoittaa toisiopuolta. Alaindeksit u ja s tarkoittavat ulos ja sisään

meneviä virtauksia. Konduktanssi-sovite G(m,T) on laskettu kaavalla 7.9 ja

logaritminen lämpötilaero ∆Tln on laskettu kaavalla 7.7.

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00


Virt

auks

en s

uhde

(-)

Kuva 7.4. Ensiöpuolen virtauksen suhde mitoitusarvosta eri toimintapisteissä

Hyödynnettäessä ylimitoitusta kaukolämmön tulolämpötilaa voidaan alentaa.

Oletetaan asuinrakennuksen tehontarpeen olevan 90 % lämmönsiirtimen kilpitehon

arvosta. Lämmitysverkoston lämpötilojen oletetaan olevan samat kuin edellä.

Toisiopuolen virtaus on tällöin 10 % pienempi kuin edellisessä tapauksessa.

Kaukolämpöveden tulolämpötila voidaan iteroida kaavasta (7.11). Tämä kuvaaja

(kuvaaja 2) on esitetty kuvassa 7.5.

70

Edellä esitetyllä tavalla voidaan lämmönsiirtimen tulolämpötilalle laskea arvot eri

tyyppisissä tapauksissa. Konduktanssin käyttäytymiselle on käytetty

levylämmönsiirtimen tyyppitestausraportista tehtyä sovitetta. Putkilämmönsiirtimen

konduktanssi on suhteellisesti huonompi pienemmällä virtauksella kuin

levylämmönsiirtimellä. Tämä johtuu isommasta hydraalisesta halkaisijasta

putkilämmönsiirtimessä. Tämä puolestaan nostaisi vaadittavaa kaukolämpöveden

tulolämpötilaa pienemmillä virtauksilla.

Kaukolämpöveden tulolämpötilan alentamisen reunaehtoja voidaan tarkastella

asuinrakennuksessa, kun tiedetään lämmityksen lämmönsiirtimen käyttäytyminen eri

toimintapisteissä. Tämä tarkastelu on teoreettinen, mutta osoittaa paljonko

kaukolämpöveden tulolämpötilaa voidaan pudottaa, jotta lämmityksen tarve

saavutettaisiin mitoitusvirtaamalla. Kuvassa 7.5 kuvaaja 3 esittää tilannetta, jossa

rakennuksen lämmityksen tehon tarve on yhtä suuri kuin lämmönsiirtimen kilpiteho

mitoitusulkolämpötilassa.

Tämä kuvaaja on saatu olettamalla rakennuksen tehontarve lineaarisesti riippuvaksi

ulkoilman lämpötilasta. Ylimmän tulolämpötilan arvo on 115 °C

mitoitusulkolämpötilassa –26 °C, virtaaman ollessa mitoitusarvossaan. Alimmaksi

tulolämpötilaksi on valittu 70 °C. Alimman kaukolämpöveden tulolämpötilan valinta

on tehty käyttöveden lämmönsiirtimen mitoituksen mukaan. Kuvasta 7.1 on saatu

tehosuhteeksi 51 %, tulolämpötilan ollessa 70 °C ja virtauksen ollessa

mitoitusarvossaan. Vastaava ulkoilman lämpötila eri toimintapisteissä saadaan

ratkaistua kaavalla 7.12. Laskennassa mitoitusulkolämpötilaksi on valittu -26 °C ja

sisälämpötilaksi 20 °C. Tämä kuvaaja (kuvaaja 3) on esitetty kuvassa 7.5.

mitumitus

us

tttt

,,

Φ−−

=Φ (7.12)

tu ulkoilman lämpötila

ts sisälämpötila

Φ tehon tarve ulkolämpötilassa tu

Φu,mit mitoitusteho

71

Edellisessä tilanteessa lämmönsiirtimen mitoitus oli yhtä kuin tarve.

Lämmönsiirtimen ollessa ylimitoitettu, voi tulolämpötila olla pienempi. Kun

tarvittava teho on 90 % mitoitusta ja virtaus mitoitusarvossaan, kaukolämpöveden

tarvittava tulolämpötila on mitoitusulkolämpötilassa n. 106 °C (kuva 7.1).

Kaukolämpöveden minimitulolämpötilaksi on valittu sama kuin edellä eli 70 °C.

Tehosuhde on tällöin 51 %, joka on 56 % lämmitystehosta tehon tarpeen ollessa 90

% kilpitehosta. Tämä kuvaaja (kuvaaja 4) on esitetty kuvassa 7.5.

60

70

80

90

100

110

120

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15


Tulo

läm

pötil

a (°

C)

Kuvaaja 1

Kuvaaja 2

Kuvaaja 3

Kuvaaja 4

Kuva 7.5. Kaukolämpöveden tulolämpötila

Kuvasta 7.5. havaitaan, että ylimitoitusta hyödyntämällä asiakkaalle tulevan

kaukolämpöveden lämpötilaa voidaan laskea kyseisellä lämmönsiirtimellä.

Virtauksen ollessa kuvaajien 1 ja 2 virtausta suurempi tulolämpötilaa voidaan

teoriassa alentaa huomattavasti. Tilanteessa, jossa tehontarve oli 90 %

mitoitusarvosta (kuvaaja 2) kaukolämpöveden tulolämpötilaa voitaisiin alentaa n. 4-6

°C verrattuna tilanteeseen, jossa tehontarve olisi yhtä kuin mitoitettu arvo (kuvaaja

1). Tulolämpötilan alentaminen tietyllä alueella vaatii kaukolämpölaitteiden

kapasiteettien kartoittamista.

Mikäli tulolämpötilan alentamiselle ei ole mahdollisuuksia voidaan lämmönsiirtimen

kapasiteettia hyödyntää parantamalla jäähtymää.

72

7.4 Jäähtymän paraneminen

Lähes jokaisessa tarkastelussa olleessa rakennuksessa patteriverkon jäähtymä on

ollut mitoitusulkolämpötilassa huomattavasti pienempi kuin lämmönsiirtimen

mitoitettu lämpötilaero. Hyvän kaukolämpöveden jäähtymän edellytyksenä on

toimiva lämmönjakojärjestelmä, joka hyödyntää tehokkaasti

lämmönluovutuspintojen kapasiteetin.

Patteriverkoston jäähtymää pystytään parantamaan patteriverkoston tasapainotuksen

ja perussäädön avulla. Termostaattisilla patteriventtiileillä ja linjasäätöventtiileillä

lämmitysverkoston tasapainotusta voidaan parantaa. Lämmitysverkoston paluuveden

lämpötilan alentaminen mahdollistaa kaukolämpöveden paluulämpötilan alentamisen

virtausta kuristamalla. Lämmitysverkoston perussäätö vähentää tavallisesti

energiankulutusta tyypillisesti noin 10 % /10/.

Rakennusten lämmönjakojärjestelmät toimivat lähes poikkeuksetta osakuorma-

alueella, jolloin huippukuormitukselle tehtyä mitoitusta voidaan osakuormilla

hyödyntää tehokkaammin. Lämmönsiirtimen ylikapasiteetti mahdollistaa suuremman

jäähtymän.

Energian-Ekonon raportissa nimeltään "Jäähtymän tehostaminen

lämmitysjärjestelmissä" on tehty korjaustoimenpiteitä, joilla jäähtymää on saatu

parannettua. Projektissa on kehitetty kierroslukusäätöinen pumppukytkentä

kuluttajan lämmitysverkostoon. Tällä on saatu lämmitysverkoston jäähtymää

moninkertaistettua ja kaukolämpöveden jäähtymää parannettua n. 10 °C /10/.

73

7.4.1 Syyt huonoon jäähtymään

Kuluttajien huono kaukolämpöveden jäähdytys johtuu usein monen tekijän

yhteisvaikutuksesta. Näitä ovat esimerkiksi:

- säätölaitteiden viallisuus tai säädön epästabiilius,

- lämmönsiirtimen alhainen kapasiteetti (likaantuminen tai mitoituksesta

johtuva),

- liian suuri virtaus ja/tai virtauksen epätasainen jakautuminen

kulutuskohteissa,

- toisiopiirin huono jäähdytys,

- toisiopuolen suunnittelussa ei ole optimoitu jäähdytyksen suuruutta.

Kaavasta 7.5 havaitaan, että lämmitysverkoston liian suuri virtaus pienentää

jäähtymää. Jotta virtausta pystytään alentamaan, on lämmitysjärjestelmän oltava

säädetty. Seurannassa olleissa uusissa asuinkerrostaloissa (Patoranta ja Patokuja) ei

oltu tehty perussäätöä, joten kaukolämpöveden jäähtymät olivat keskitasoa

pienemmät.

7.5 Rakennusten ominaiskulutus

Rakennusten energian kulutukseen vaikuttavat oleellisesti rakennuksen vaipan

ominaisuudet, kuten k-arvot sekä ikkunatyypit, ilmanvaihtojärjestelmän

ominaisuudet, käyttöaika ja ilmanvaihtomäärä sekä lämmitysjärjestelmän

säätöominaisuudet, eli kyky käyttää hyväksi ulkoisia ja sisäisiä lämpökuormia. Nämä

yhdessä määräävät rakennusten lämmitysenergian ominaiskulutuksen.

Rakennuksen k-arvo (W/K) lasketaan, kun tiedetään ikkunoiden, lattian sekä

ulkoseinien k-arvot ja pinta-alat.

kok

iikok A

Akk �= (7.13)

74

Kauppa ja teollisuusministeriö on asettanut rakennusten ominaiskulutuksen

tavoitteeksi saavuttaa taso 35 kWh/m3 vuoteen 2005 mennessä. Vuonna 1994

asuinrakennusten ominaiskulutustaso oli 56 kWh/m3 ja palvelurakennusten 44

kWh/m3 /5/. Kuvassa 7.6 on esitetty eräiden tarkastelussa olleiden rakennusten

ominaiskulutukset.

43,748,4 47,3 45,1 42,3

55,149,5

0

10

20

30

40

50

60Es

poon

laht

i

Ges

ters

Kirk

onke

llo

Kirk

kopo

lku

Kylä

nrai

tti

Kylä

nauk

io

Kaup

ungi

nkat

uOm

inai

skul

utus

(kW

h/m

3 ,a)

Kuva 7.6. Rakennusten ominaiskulutukset

Energian kulutuksen oletetaan kuitenkin kasvavan, vaikkakin väkiluvun oletetaan

pysyvän entisellään tai pikemminkin pienenevän. Tämä selittyy teollisuuden kasvulla

ja asuntojen keskikoon kasvamisella. Asuntojen keskikoon on ennustettu kasvavan

vuoteen 2030 mennessä 30 % /2/.

7.6 Rakennuskannan uusiutuminen

Rakennuskannan uusiutumisella tässä tapauksessa tarkoitetaan vanhojen rakennusten

korjausta sekä uusien rakennusten ominaiskulutuksen pienenemistä.

Ominaiskulutusta pienentäviä toimenpiteitä ovat mm. lisäeristäminen,

erikoisikkunoiden asentaminen, ilmanvaihtojärjestelmän lämmön talteenotto,

patteritermostaattien asennus tai uusiminen, patteriverkon tasapainotus sekä

säätöjärjestelmän jakaminen vyöhykkeisiin.

75

7.7 Laitetekniikan uusiutuminen

Suomessa rakennetaan n. 180 km kaukolämpöverkkoa vuosittain, ja vanhojen

putkien korvaaminen uusilla energiaa säästävillä vaihtoehdoilla vaikuttaa suuresti

lämpöhäviöihin ja täten mahdollistaa lämpötilojen alentamisen. Kuluttajien

jäähdytyksen paraneminen pienentää virtausta, jolloin putkikoon pienentäminen tulee

kyseeseen. Putkikoon pienentäminen vähentää myös rakennuskustannuksia.

Esimerkiksi noin puolet kaksiputkielementin säästöistä isoissa kokoluokissa tulee

pienemmistä lämpöhäviökustannuksista. 5 % korolla, 25 vuoden kuoletusajalla ja

energian tuotantokustannuksella 90 mk/MWh kapilasoituna kaksiputkielementin

lämpöhäviökustannukset ovat noin 90-95 mk/m alemmat kuin yksiputkielementillä

DN 65:llä ja sitä isommilla putkilla /6/.

7.8 Matalalämpötilainen kaukolämpöverkko

Matalalämpötilaisella kaukolämmöllä on useita hyötyjä verrattuna perinteiseen

korkealämpötila kaukolämpöön. Kaukolämpöverkon jäähdytystä voidaan parantaa

myymällä paluuveden alempilämpötilaista lämpöenergiaa sopivaan hintaan

kuluttajille, joille riittää matalampi lämmityslämpötila. Tämä kuitenkin johtaa usein

lisäinvestointeihin, joten lämmön myyntihinnan tulisi olla riittävän houkutteleva.

Tähän tähtäävä tariffi esitettiin kappaleessa 2.1.

Ruotsin kaukolämpöyhdistyksen teettämässä tutkimuksessa on etsitty

mahdollisuuksia käyttää matalalämpötilaista kaukolämpövettä uusien sekä

korjattujen asuintalojen lämmitykseen. Energiaa säästäväksi taloksi oli suunniteltu

pinta-alaltaan 112 m2 omakotitalo. Uuden talon energian vuosikulutus oli 6144 kWh,

kun tyypillisen samankokoisen ruotsalaisen talon energian vuosikulutus oli ollut

14249 kWh.

Tutkimuksessa simuloitiin talon lämmitysverkostoa mitoitusulkolämpötilla -16 °C.

Mitoituslämpötilat lämmitystavoille oli laskettu kaukolämmön tuloja

paluulämpötiloilla 70 °C ja 35 °C.

76

Puhtaasti teknisesti toisiopuolen menolämpötiloiksi uusissa rakennuksissa eri

lämmitystavoilla oli saatu lattialämmitykselle 35 °C. Kun kyseessä oli patteri- ja

ilmastointilämmitys, toisiopuolen menolämpötila oli 40 °C. Peruskorjatulle talolle

lattialämmitykselle ja ilmastoinnille minimilämpötila oli ollut 40 °C ja

patteriverkostolle 50 °C. Ongelmana matalalämpötilaisen kaukolämmön

järjestelmässä eivät olleet tekniset ominaisuudet, vaan kustannukset. Lämpötilan

laskiessa kustannukset nousivat (kuva 7.7) /5/.

Kuva 7.7. Talon lämmitysjärjestelmän kokonaiskustannukset - uusi japeruskorjattu rakennus /5/

77

8 Tulosten tarkastelu

Seurannassa olleissa asuinrakennuksissa patteriverkon mitatut jäähtymät ovat olleet

pienemmät kuin mitoitetut. Vanhoissa rakennuksissa patteriverkot on mitoitettu

nykykäyttöä korkeammille lämpötiloille, mikä nostaa patteriverkon paluulämpötilaa

uusiin rakennuksiin verrattuna.

Patteriverkon virtauksen ollessa mitoitettua suurempi patteriverkon jäähtymä

huononee. Seurannassa olleista rakennuksista ei ollut saatavilla patteriverkon

virtaamia. Voidaan kuitenkin olettaa patteriverkon virtaamien olevan suuremmat

kuin mitoitusarvot, sillä jäähtymän arvot ovat olleet alhaisempia kuin mitoitusarvot.

Toisaalta lämmönsiirtimen ylimitoitus kyseisessä tilanteessa osaltaan vaikuttaa

tähän.

Lämmityksen lämmönsiirtimien kapasiteetin arvioiminen eri asuinkerrostalojen

kaukoluentalaitteiston tietojen avulla osoitti ylimitoitusta olevan. Ylimitoitusta

voidaan hyödyntää pienentämällä toisiopuolenvirtausta ja parantaa jäähtymää.

Ylimitoitus mahdollistaa myös tulolämpötilan alentamisen. Tehon tarpeen ollessa 90

% mitoitetusta voidaan tulolämpötilaa alentaa n. 4-6 °C eri toimintapisteissä.

Tulolämpötilaa voidaan alentaa huomattavasti enemmän pidettäessä

kaukolämpöveden virtausta suurempana.

Käyttöveden vaikutus kaukolämmön paluulämpötilaan on päiväsaikaan hetkittäin

huomattavan suuri. Seurantamittauksissa mukana olleissa rakennuksissa lämpimän

käyttöveden vaikutus kaukolämpöveden jäähtymään on ollut kohteissa keskimäärin

noin 2 °C. Suurimmillaan se on ollut 3,3 °C Kylänaukiossa.

Mahdollisiksi kriittisiksi kohteiksi valitut kohteet eivät osoittautuneet kriittisiksi

laskettaessa lämpötilaa muutamilla asteilla ja lisäämällä virtausta. Tarkasteltaessa

lämmönsiirtimen kapasiteettia Helsinki-Vantaan lentoaseman tulolämpötilaa

voitaisiin alentaa noin 6-8 °C ulkolämpötilan ollessa –5 °C:een ja +5 °C:een välissä.

78

Lämmönsiirtoasemien kaukolämpöveden menolämpötila voisi olla alempi erityisesti

lämpimillä ulkolämpötiloilla.

Lämmöntuottajat eivät ilmoittaneet kaukolämpöverkoissa olevan kriittisiä asiakkaita.

Kriittisten asiakkaiden asettamat vaatimukset tulolämpötilalle ja näiden kohteiden

korjaus muiden asiakkaiden tarpeisiin mahdollistaisi tulolämpötilan alentamisen.

Kaukolämpöveden menolämpötilan alentamisen ollessa teknisesti ja taloudellisesti

mahdoton, ylimitoituksen hyödyntämisellä, varsinkin osakuormalla patteriverkon

jäähtymän parantamisella, saadaan kaukolämpöveden paluulämpötilaa alennettua.

Tämän apuna voitaisiin käyttää parempaa jäähtymää palkitsevaa tariffia.

Lämpölaitoksien jäähtymät ovat olleet saman suuruisia ulkolämpötilan ollessa alle -

20 °C kaikissa muissa paitsi Porissa. Suurimmat eroavuudet jäähtymissä on ollut

ulkolämpötilan ollessa välillä -10...+12 °C. Suurimmat keskimääräiset jäähtymät

kyseisillä lämpötila-alueilla ovat olleet pitemmissä verkoissa. Laitoksilla, joilla

menoveden lämpötila on ollut suurempi kyseisellä lämpötila-alueella, on jäähtymä

myös ollut suurempi. Kaukolämpöveden keskimääräiset jäähtymät on esitetty eri

tuotantolaitoksilla taulukossa 6.11. Suurin keskimääräinen jäähtymä on ollut

Vantaalla ja pienin Porissa.

8.1 Jatkotutkittavaa

Lämpimän käyttöveden lämmönsiirtimen mahdollisen ylimitoituksen tutkimisen

avulla voitaisiin määrittää alimmat vaadittavat kaukolämpöveden tulolämpötilat.

Näiden tarkastelu voitaisiin aloittaa verkon kauimmaisesta päästä. Kaukolämpöveden

tulolämpötilan alentamisen testaaminen käytännössä erikseen rakennetulla suntilla

perussäädetyssä asuinkerrostalossa olisi jatkotutkimuksen mukaan olennaista. Tällöin

laskettuja arvoja ja niiden toimintaa käytännössä voitaisiin verrata. Erityisesti

matalimpien lämpötilojen etsiminen eri toimintapisteissä antaisi tietoja lämpötilojen

mahdollisesta alentamisesta.

79

Lämpökeskuksen virtauksien ja lämpötilojen mittaamisella voitaisiin tarkistaa

kappaleessa 7.1 laskettu kapasiteetti, ja virtauksien selvittämisen jälkeen voitaisiin

tulolämpötilan alentaminen tehdä kapasiteetin mukaan. Kaukoluentalaitteiden

mittausvirheistä saataisiin samalla arviot, ja täten voitaisiin arvioida näiden

vaikutusta laskelmiin.

80

9 Yhteenveto

Seurannassa olleiden asuinrakennusten patteriverkkojen jäähtymät ovat olleet

yleensä huomattavasti alhaisemmat kuin mitoitetut arvot. Patteriverkon

lämmönsiirtimissä on ollut ylimitoitusta. Ylimitoitusta voidaan hyödyntää

parantamalla patteripiirin jäähtymää säätämällä toisiopuolen virtausta. Tällöin

kaukolämpöveden jäähtymää saadaan suuremmaksi.

Lämmönsiirtimien ylimitoitus mahdollistaa myös asiakkaalle tulevan

kaukolämpöveden lämpötilan alentamisen. Tilanteessa, jossa tehontarve oli 90 %

mitoitusarvosta, kaukolämpöveden tulolämpötilaa on voitu alentaa n. 4-6 °C

verrattuna tilanteeseen, jossa tehontarve olisi yhtä kuin mitoitettu arvo. Virtaukset

näissä tapauksissa olivat samat eri toimintapisteissä.

Kaukolämpöveden menolämpötilan alentaminen vaatii kriittisien asiakkaiden

löytämisen. Kaukolämmön tuottajien antamissa tiedoissa ei kriittisiä asiakkaita ollut.

Kriittisyyttä tutkittiin muutamassa kohteessa, mutta nämä eivät osoittautuneet

kriittisiksi menolämpötilan alentamisen suhteen. Kriittisten asiakkaiden puuttuessa

menolämpötilaa pystyttäisiin alentamaan, mikäli verkon kapasiteetti tämän

mahdollistaa.

Eri kaupunkien kaukolämmön päätuotantolaitoksien menolämpötiloissa eri

toimintapisteissä on ollut eroja. Verkon pituus aiheutti suurimmat vaihtelut. Eri

kaupunkien päätuotantolaitoksien kaukolämpöveden jäähtymien vaihtelut ovat olleet

suurimmat ulkoilman ollessa –10 °C:n ja +12 °C:n välillä. Laitoksilla, joilla

menoveden lämpötila on ollut suurempi kyseisellä lämpötila-alueella, on myös

jäähtymä ollut suurempi.

81

Lähdeluettelo

1. Energiataloudellinen yhdistys: Kaukolämmityksen käsikirja, Raportti 23, Helsinki

1989, ISBN 951-870-012-5

2. Antonius Tuulia: Kaukolämmön jäähdytyksen ohjaavan tariffirakenteen

kehittäminen, Diplomityö, TKK konetekniikan osasto, 1998

3. Suontaka, Hakulinen,…: Kaukolämmitystarpeen muutoksen vaikutukset vuoteen

2040, Kauppa ja teollisuusministeriö, Raportti 6/1996, ISBN 951-739-152-8

4. Lämpölaitosyhdistys ry: Kaukolämpöverkon käyttölämpötilan

alentamismahdollisuudet, 1987

5. Eriksson, Dahm \& Zinko: Användning av lågtemperaturfjärrvärme, Svenska

Fjärrvärmeföreningens Service, 1999, ISSN 1402-5191

6. Lämpölaitosyhdistys ry: Kaukolämpöverkon rakentamisen kehittäminen,

Energia-Ekono, Otaniemi, 1993

7. Kortelainen Lassi: Kaukolämpötoiminnan energiansäästösuunnitelma,

Diplomityö, TKK konetekniikan osasto, 1999

8. Lämpölaitosyhdistys ry: Kaukolämpöverkon käyttölämpötilan

alentamismahdollisuudet, Raportti; laat. Tero Mäkelä, LLY, 1987

9. Lämpölaitosyhdistys ry: Rakennusten kaukolämmitys. Määräykset ja ohjeet,

Lämpölaitosuhdistys ry, Helsinki, K1/1992

10. Sipilä, Wistbacka: Kaukolämpöverkon jäähdytyksen tehostaminen, Valtion

teknillinen tutkimuskeskus, Sähkö- ja automaatiotekniikan laboratorio, Raportti

SÄH11/93, Espoo, 1993

82

11. Energia-Ekono: Jäähtymän tehostaminen lämmitysjärjestelmissä, Suomen

Kaukolämpö ry, 1998

12. Aaltonen, Neterowicz, Ekelund: Provningsrapport 98014.DOC, Cetepac -

Typetesting SS-ENV 1148, SWEDAC, 1998

13. Suomen Kaukolämpö ry: Tekniikkatiedote K34/97 Asiakaslaitteet, 1997

14. Lampinen, Markku: Lämmönsiirtimien mitoitus, Otaniemi, 1997, ISSN 1237-

8372

83

84

85

86

87

88

Documents

Kaukolämpö lämpökäyrät Diplomityö