Veden käyttö lämpövaraston siirtoaineena : lämmönsiirtoputkiston mitoitus ja lämmönsiirron tarkastelu
Tielinen, Mikko (2023)
Diplomityö
2023
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023080493092
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023080493092
Tiivistelmä
Nykypäivänä suuri osa teollisuuslämmöstä tuotetaan vielä polttamalla fossiilisia polttoaineita. Samaan aikaan sähköntuotannon vaihtelevuus on lisääntynyt uusiutuvien sähköntuotantomuotojen määrän kasvaessa, minkä seurauksena sähköstä on ajoittain jopa ylitarjontaa. Fossiiliset polttoaineet voitaisiin korvata lämmöntuotannossa kustannustehokkaasti varastoimalla edullisesti tuotettu uusiutuva sähkö lämmöksi lämpövarastoihin.
Diplomityön tavoitteena oli tutkia kiehumisen lämmönsiirtoa ja mitoittaa lämmönsiirtoputkisto ratkaisuun, jossa yrityksen nykyisen lämpövaraston lämmön purkamiseen käytetty lämmönsiirtoaine korvataan vedellä. Mitoitus aloitettiin valitsemalla vertailtavat lämmönsiirtoputkien määrät ja koot, joiden perusteella valittiin maksimipurkutehoa vastaavat virtausmäärät yhtä putkea kohden. Putken ja veden välistä lämmönsiirtoa tarkasteltiin eri arvoilla sekä laskennallisesti että kokeellisesti rakennetulla testilaitteistolla.
Työn tuloksena havaittiin, että laskennalliset ja kokeelliset tulokset erosivat toisistaan hieman, mutta tarkasteltavat arvot käyttäytyivät kuitenkin samankaltaisesti virtausmäärän muuttuessa. Tuloksista voitiin myös päätellä, että optimaalisin ratkaisu lämmönsiirron kannalta kyseisen lämpövaraston lämmönsiirtoputkistolle on jakaa vesi mahdollisimman moneen putkeen. Today, a large part of industrial heat is still produced by burning fossil fuels. At the same time, increasing production of renewable electricity has turned electricity more volatile, with the result that there is even an oversupply of electricity sometimes. Fossil fuels could be replaced cost-effectively in heat production by reserving cheaply produced renewable electricity to a thermal energy storage as heat.
The aim of this thesis was to examine the heat transfer of boiling and dimension the heat transfer piping to a solution, in which the heat carrier of the company’s current heat storage system is replaced by water. The dimensioning was started by selecting the quantities and sizes of heat transfer pipes to be compared, on the basis of which the flow volumes corresponding to the maximum discharge capacity were selected. The heat transfer between the pipe and the water was examined with different values using both computationally and experimentally.
As a result, it was found that the computational and experimental results were slightly different, but the values under consideration behaved quite similarly when the flow rate was changed. The results also showed that the most optimal solution for the heat transfer piping of the heat storage is to divide the water into as many pipes as possible in terms of heat transfer.
Diplomityön tavoitteena oli tutkia kiehumisen lämmönsiirtoa ja mitoittaa lämmönsiirtoputkisto ratkaisuun, jossa yrityksen nykyisen lämpövaraston lämmön purkamiseen käytetty lämmönsiirtoaine korvataan vedellä. Mitoitus aloitettiin valitsemalla vertailtavat lämmönsiirtoputkien määrät ja koot, joiden perusteella valittiin maksimipurkutehoa vastaavat virtausmäärät yhtä putkea kohden. Putken ja veden välistä lämmönsiirtoa tarkasteltiin eri arvoilla sekä laskennallisesti että kokeellisesti rakennetulla testilaitteistolla.
Työn tuloksena havaittiin, että laskennalliset ja kokeelliset tulokset erosivat toisistaan hieman, mutta tarkasteltavat arvot käyttäytyivät kuitenkin samankaltaisesti virtausmäärän muuttuessa. Tuloksista voitiin myös päätellä, että optimaalisin ratkaisu lämmönsiirron kannalta kyseisen lämpövaraston lämmönsiirtoputkistolle on jakaa vesi mahdollisimman moneen putkeen.
The aim of this thesis was to examine the heat transfer of boiling and dimension the heat transfer piping to a solution, in which the heat carrier of the company’s current heat storage system is replaced by water. The dimensioning was started by selecting the quantities and sizes of heat transfer pipes to be compared, on the basis of which the flow volumes corresponding to the maximum discharge capacity were selected. The heat transfer between the pipe and the water was examined with different values using both computationally and experimentally.
As a result, it was found that the computational and experimental results were slightly different, but the values under consideration behaved quite similarly when the flow rate was changed. The results also showed that the most optimal solution for the heat transfer piping of the heat storage is to divide the water into as many pipes as possible in terms of heat transfer.