Espoon kaukolämpöverkon tulolämpötilan alentamisen mahdollisuudet

Abstract

Tässä diplomityössä selvitettiin mihin toimenpiteisiin Espoon kaukolämpöverkolla tulee ryhtyä, jotta kaukolämmön tulolämpötilaa voidaan alentaa kohti nykyistä suunnittelulämpötilaa vuoteen 2030 mennessä. Kaukolämpöverkon suunnittelutulolämpötila laskettiin 115 °C:sta 90 °C:een vuonna 2021. Lämmönjakokeskuksien tekninen käyttöikä on noin 20–25 vuotta ja vuonna 2030 Espoon kaukolämpöverkossa on vielä noin 1400 alle 25 vuotta vanhaa, aikaisemmalla 115 °C suunnittelulämpötilalla mitoitettua lämmönjakokeskusta.

Espooseen rakennetaan lähivuosien aikana runsaasti uusia tuotantolaitoksia, jotka eivät sijoitu nykyisten laitosalueiden tontille. Tämä tuotannon hajauttaminen mahdollistaa lämpötilan laskemisen pienemmillä putki-investoinneilla olemassa olevassa kaukolämpöverkossa. Jotta lämpö uusilta tuotantolaitoksilta saadaan siirrettyä asiakkaille, rakennetaan ja saneerataan kaukolämpöverkostoa noin 15 km:n matkalta lähivuosien aikana. Espoon kaukolämpöverkon tuotannon sähköistyessä kaukolämmön tulolämpötilan alentaminen helpottaa erityisesti lämpöpumppujen hyödyntämistä kaukolämmön tuotannossa eritoten talvisin.

Työssä tarkasteltiin 149 asuinrakennuksen lämmityssiirtimen toimintaa 90 °C tulolämpötilalla, jotka oli alun perin mitoitettu 115 °C tulolämpötilalla. Tarkastelussa käytettiin kolmen lämmönsiirrinvalmistajan laskentaohjelmistoa. Matalan paluulämpötilan omaavissa lämmitysjärjestelmissä muutokset olivat maltillisia, mutta vanhemmissa patteriverkostokohteissa paluulämpötila nousi ja virtaama kasvoi voimakkaasti. Myös siirtimien painehäviöt moninkertaistuivat osassa kohteita, mutta matalasta lähtötasosta johtuen painehäviöt eivät kasvaneet yli lämmönsiirtimelle sallitun maksimipainehäviön. Edellä mainituista tekijöistä huolimatta vanhat väljästi mitoitetut talojohdot riittivät kaikissa tutkituissa kohteissa siirtämään tarvittavan lämpötehon asiakkaan verkostoon.

Design temperature of heat substations was lowered from 115 °C to 90 °C in 2021. This master’s thesis studies which measures should be taken in Espoo district heating network to lower its supply temperature towards the current design temperature by 2030. The technical service lifespan of heat substations is 20–25 years, therefore in 2030 there will still be approximately 1400 heat substations which are under 25 years old and thus has the old design temperature.

In the next few years several new production plants will be built in Espoo which will not be located within existing plant areas. This decentralization of production allows the reduction of supply temperature with smaller pipe investments in the existing district heating network. Approximately 15 km of district heating pipelines will be either built or renovated to transfer heat from the new production facilities to the customers. As the production becomes increasingly electrified lowering the supply temperature facilitates the utilization of heat pumps in the production of district heat especially during winter periods.

This thesis examined the operation of the heating exchangers of 149 residential buildings with supply temperature of 90 °C which were originally designed with supply temperature of 115 °C. The analysis was performed by using calculation software of three different heat exchanger manufacturers. In modern heating systems with low return temperature the influence was moderate but in case of customers with older radiator network return temperature and flow increased strongly. The pressure losses of the heat exchangers increased several fold in some sites but due to the low starting level the pressure losses did not exceed the permitted maximum value. Despite the above-mentioned factors the existing loosely dimensioned district heating pipes adequately transferred the required heat power to the customer.