Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

71
ΤΗΛΕΘΕΡΜΑΝΣΗ Γενικά Ένα σύστημα τηλεθέρμανσης διανέμει θερμική ενέργεια από μία κεντρική πηγή σε απομακρυσμένους οικιακούς, εμπορικούς και βιομηχανικούς καταναλωτές για θέρμανση χώρων, παραγωγή θερμού νερού χρήσης ή για διάφορες διεργασίες.

description

Σεμιναριο τηλεθέρμανσης άγνωστου καθηγητή

Transcript of Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Page 1: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

ΤΗΛΕΘΕΡΜΑΝΣΗ

Γενικά

Ένα σύστημα τηλεθέρμανσης διανέμει θερμική ενέργεια από μία κεντρική πηγή σε απομακρυσμένους οικιακούς, εμπορικούς και βιομηχανικούς καταναλωτές για θέρμανση χώρων, παραγωγή θερμού νερού χρήσης ή για διάφορες διεργασίες.

Page 2: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Στα συστήματα τηλεθέρμανσης υπάρχει μία μόνο κεντρική εγκατάσταση παραγωγής θερμότητας για ένα μικρό ή μεγάλο σύνολο κτιρίων, σε αντίθεση με τα κλασσικά συστήματα κεντρικής θέρμανσης, στα οποία η εγκατάσταση παραγωγής θερμότητας ευρίσκεται στο τόπο κατανάλωσης (π.χ. λέβητας σε μονοκατοικία ή πολυκατοικία, σχολείο, νοσοκομείο κ.λ.π.). Η θερμότητα διανέμεται προς τα επιμέρους θερμαινόμενα κτίρια με θερμό νερό ή ατμό μέσω σωληνώσεων, και η οικονομική εκμετάλλευση ανήκει σε επιχειρήσεις ή δήμους, όπως στα συστήματα ύδρευσης.

Page 3: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Η τηλεθέρμανση αποτελεί μία τεχνολογία θέρμανσης πόλεων και οικισμών, η οποία ενώ εφαρμόζεται στις Ευρωπαϊκές χώρες και στις Η.Π.Α. εδώ και πολλές δεκαετίες, στην Ελλάδα άρχισε η εφαρμογή της μόλις στη δεκαετία του 90 με τις τηλεθερμάνσεις των πόλεων της Πτολεμαΐδας και της Κοζάνης.

Ενδεικτικά μπορεί να αναφερθεί ότι τα συστήματα τηλεθέρμανσης στην Ισλανδία καλύπτουν το 98% των ενεργειακών αναγκών για θέρμανση, στην Εσθονία, Πολωνία, Δανία, Σουηδία και Φιλανδία περίπου το 50% και σε πολλές άλλες Ευρωπαϊκές χώρες μικρότερα ποσοστά.

Page 4: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Μία εγκατάστασης τηλεθέρμανσης αποτελείται από τα παρακάτω τμήματα

a) Τον κεντρικό σταθμό παραγωγής ενέργειας

b) Το δίκτυο διανομής θερμότητας

c) Τους υποσταθμούς των κτιρίων

Page 5: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης
Page 6: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

α) Κεντρικός σταθμός παραγωγής ενέργειας

Η παραγωγή θερμικής ενέργειας μπορεί να είναι είτε αυτόνομη είτε συνδυασμένη με παράλληλη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Η πρωτογενής ενέργεια για την παραγωγή της θερμότητας στους σταθμούς παραγωγής ή συμπαραγωγής μπορεί να προέρχεται από συμβατικά ορυκτά καύσιμα, από πυρηνικά καύσιμα, από γεωθερμία, από ηλιακή ενέργεια από καύση αποριμμάτων ή βιομάζα.

Page 7: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Οι κεντρικοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας περιλαμβάνουν τους λέβητες ή τους εναλλάκτες θερμότητας ως κύριες μονάδες και συμπληρωματικά τους καυστήρεςτις δεξαμενές καυσίμου τις αντλίες τις μονάδες επεξεργασίας νερού(αποσκλήρυνση), τα όργανα μετρήσεων, ασφαλείας και ελέγχου, τις καπνοδόχους κ.λ.π. ανάλογα με τις διεργασίες που πραγματοποιούνται.

Page 8: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

β) Το δίκτυο διανομής θερμότητας

Το δίκτυο διανομής συνίσταται από ένα δίκτυο σωληνώσεων για τη μεταφορά της θερμότητας με φορέα τον ατμό, το θερμό ή το υπέρθερμο νερό.

Το δίκτυο σωληνώσεων αποτελείται συνήθως από προμονωμένους χαλύβδινους αγωγούς οι οποίοι οδεύουν ή απευθείας μέσα στο έδαφος ή σε υπόγεια κανάλια από μπετόν.

Page 9: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

γ) Τους υποσταθμούς των κτιρίων

Στους υποσταθμούς των κτιρίων συνδέονται οι εγκαταστάσεις των καταναλωτών με το δίκτυο. Κάθε υποσταθμός αποτελείται:

- από το σταθμό απόδοσης θερμότητας (ιδιοκτησία του δικτύου)

- το μηχανοστάσιο του κτιρίου (ιδιοκτησία του καταναλωτή).

Page 10: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Είδη υποσταθμών

Υπάρχουν διάφορα είδη υποσταθμών ανάλογα με τη θερμοκρασία προσαγωγής, τον τρόπο λειτουργίας των εγκαταστάσεων, τον τρόπο τιμολόγησης κ.λ.π.

Το θερμό (έως 110ºC) ή υπέρθερμο (άνω των 110ºC) νερό του δικτύου διανομής μπορεί να διοχετευθεί κατευθείαν στο δίκτυο του κτιρίου, για λόγους απλότητας και φθηνής κατασκευής. Στην περίπτωση αυτή καταργούνται οι κυκλοφορητές στα δίκτυα των κτιρίων. Η άμεση σύνδεση είναι δυνατή όταν τα σώματα του κτιρίου είναι ανθεκτικά σε υπερπιέσεις. Όταν η σύνδεση δεν είναι άμεση, χρησιμοποιούνται εναλλάκτες θερμότητας, το κόστος των ρυθμιστικών διατάξεων είναι χαμηλότερο αλλά υπάρχουν απώλειες θερμοκρασίας από 5ºC έως 10ºC.

Ο ατμός μπορεί να διοχετευθεί απευθείας στο δίκτυο του κτιρίου μέσω βαλβίδας υποβιβασμού της πίεσης ή έμμεσα μέσω εναλλάκτη θερμότητας ατμού-νερού, όπου ο ατμός του δικτύου συμπυκνώνεται σε θερμό νερό.

Page 11: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Οι εγκαταστάσεις τηλεθέρμανσης διακρίνονται ανάλογα:

i) με τον φορέα σε

- εγκαταστάσεις θερμού νερού (έως 110ºC)

- εγκαταστάσεις υπέρθερμού νερού (άνω των 110ºC)

- εγκαταστάσεις ατμού

ii) με τον τρόπο παροχής σε

- απευθείας, όπου ο φορέας θερμότητας κυκλοφορεί και στο δίκτυο σωληνώσεων του καταναλωτή

- έμμεσες, όπου στον υποσταθμό του κτιρίου υπάρχει εναλλάκτης θερμότητας

Page 12: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

iii) με το μέγεθος

iv) με το είδος των θερμαινομένων κτιρίων σε

- θέρμανση οικοδομικών τετραγώνων, για την αυτόνομη θέρμανση ενός ή περισσοτέρων οικοδομικών τετραγώνων αλλά και σχολείων, νοσοκομείων, στρατοπέδων κ.λ.π.. Συνήθως υπάρχει ξεχωριστό κτίριο για τις εγκαταστάσεις.

- θέρμανση εργοστασίων, όπου η εγκατάσταση παρέχει εκτός από τη θέρμανση και βιομηχανική θερμότητα

- θέρμανση πόλεων, για τη θέρμανση κατοικιών κ.λ.π.αλλά και βιομηχανικών εγκαταστάσεων σε εμπορική βάση.

Page 13: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Τα συστήματα τηλεθέρμανσης απαιτούν μεγάλες δαπάνες αρχικής εγκατάστασης. Τα οικονομικά κριτήρια μιας τέτοιας εγκατάστασης εξετάζονται παράλληλα με τα πλεονεκτήματα που προκύπτουν για το περιβάλλον από την πιθανή αξιοποίηση:

• ποσοτήτων ενέργειας οι οποίες απορρίπτονται αναξιοποίητες στο περιβάλλον από μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με καύση (συμπαραγωγή)

• απόβλητης θερμότητας από βιομηχανίες

• διαθέσιμων φυσικών πηγών (γεωθερμικά πεδία)

Page 14: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

1. Κατάργηση της μεμονωμένης μεταφοράς καυσίμων στα κτίρια (κυκλοφοριακή αποσυμφόρηση).

2. Μείωση του κόστους συντήρησης των εγκαταστάσεων κεντρικής θέρμανσης στα μεμονωμένα κτίρια, λόγω της κατάργησης του λέβητα.

3. Εξάλειψη των κινδύνων πυρκαγιάς και ατυχημάτων στα μεμονωμένα κτίρια, από την εγκατάσταση θέρμανσης.

4. Ελάττωση των θορύβων από τη λειτουργία της εγκατάστασης κεντρικής θέρμανσης.

5. Εξοικονόμηση χώρων στα κτίρια λόγω της κατάργησης του λέβητα, της δεξαμενής καυσίμου και της καπνοδόχου.

Πλεονεκτήματα της τηλεθέρμανσης

Page 15: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

6. Δυνατότητα κεντρικού ελέγχου των ρύπων, ιδιαίτερα του SO2 και των ΝΟx των καυσαερίων.

7. Μεγάλος βαθμός απόδοσης. Ο βαθμός απόδοσης σε μερική λειτουργία ενός κεντρικού σταθμού παραγωγής θερμότητας είναι μεγαλύτερος από ότι σε πολλούς μικρούς μεμονωμένους. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι στον κεντρικό σταθμό υπάρχουν πολλοί λέβητες, οι οποίοι μπαίνουν σε λειτουργία σταδιακά ανάλογα με τη ζήτηση και λειτουργούν συνήθως στο μέγιστο της ισχύος τους.

8. Μεγάλος βαθμός εκμετάλλευσης του καυσίμου. Οι σταθμοί συμπαραγωγής έχουν πολύ μεγαλύτερη απόδοση (άνω του 80%) σε σχέση με τους μεμονωμένους σταθμούς παραγωγής θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας (έως 42%).

9. Αξιοπιστία παροχής ενέργειας, από την ύπαρξη εφεδρικών λεβήτων.

10. Δυνατότητα σύνδεσης με υπάρχοντα κτίρια.

Page 16: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Κεντρικός σταθμός παραγωγής ενέργειας

Στον κεντρικό σταθμό παραγωγής ενέργειας είναι εγκατεστημένος όλος ο εξοπλισμός για την παραγωγή ατμού, θερμού ή υπέρθερμου νερού.

Στους σταθμούς συμπαραγωγής και σε πολλές βιομηχανικές μονάδες παράγεται ατμός, που είτε χρησιμεύει ως φορέας θερμότητας και διανέμεται απευθείας στο δίκτυο τηλεθέρμανσης είτε μετατρέπεται σε θερμό ή υπέρθερμο νερό, μέσα σε κατάλληλους εναλλάκτες ατμού-νερού.Στα συστήματα με φορέα θερμότητας το νερό, στον κεντρικό σταθμό παραγωγής ενέργειας είναι εγκατεστημένοι οι λέβητες θερμού ή υπέρθερμου νερού, και όλα τα άλλα απαραίτητα μηχανήματα και συσκευές (αντλίες κυκλοφορίας του νερού, δοχεία διαστολής, βάννες ανάμιξης, όργανα μετρήσεων και ρυθμίσεων, συστήματα επεξεργασίας του νερού κ.λ.π.)

Page 17: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Τα τελευταία χρόνια τα συστήματα με φορέα θερμότητας τον ατμό άρχισαν να εγκαταλείπονται. Αυτό συμβαίνει διότι τα συστήματα νερού παρουσιάζουν πολλαπλά πλεονεκτήματα έναντι των συστημάτων με φορέα τον ατμό.

Ενδεικτικά μπορούν να αναφερθούν τα εξής:• ευκολότερος σχεδιασμός του δικτύου τηλεθέρμανσης• καλύτερες δυνατότητες για κεντρική ρύθμιση του

φορτίου• λιγότερη συντήρηση και αποφυγή προβλημάτων από

τη συμπύκνωση και τα συμπυκνώματα του ατμού• δυνατότητα ταμιεύσεως στο δίκτυο ποσοτήτων θερμού

νερού για αντιμετώπιση αιχμών

Page 18: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Η τηλεθέρμανση αυτή (εικ. 1) είναι μία μεγάλη εγκατάσταση κεντρικής θέρμανσης ζεστού νερού με κυκλοφορητή. Μπορεί να είναι κλειστού ή ανοιχτού τύπου. Οι θερμοκρασίες του νερού είναι οι ίδιες όπως στις κλασσικές κεντρικές θερμάνσεις, μέχρις 110ºC. Η θερμοκρασία του νερού προσαγωγής μπορεί:• να είναι σταθερή• να ρυθμίζεται κεντρικά από την εξωτερική θερμοκρασία (κυμαινόμενη θερμοκρασία) με κάποιο κατώτατο όριο.

Τα πλεονεκτήματα αυτού του τύπου τηλεθέρμανσης είναι:• μεγάλη αξιοπιστία• δυνατότητα κεντρικής ρύθμισης• χαμηλές απώλειες θερμότητας• εύκολη ταμίευση θερμότηταςΟ τύπος αυτός τηλεθέρμανσης εφαρμόζεται σε συγκροτήματα κατοικιών ή γραφείων, οικισμούς, νοσοκομεία, στρατόπεδα και βιομηχανικές εγκαταστάσεις με μικρές ή καθόλου ανάγκες σε ατμό.

Τηλεθέρμανση θερμού νερού

Page 19: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Εικόνα 1. Τηλεθέρμανση ζεστού νερού με σύνδεση των κτιρίων μέσω εναλλάκτη θερμότητας και με παροχή ζεστού νερού χρήσης

Α. Ρύθμιση από εξωτερική θερμοκρασία Μ. Βαλβίδα ανάμιξηςS. Βαλβίδα ασφαλείας SR. Δείκτης στάθμηςW. Εναλλάκτης θερμότητας Ζ. Κυκλοφορία ζεστού νερού

χρήσηςΒ. Θέρμανση ζεστού νερού χρήσης

Page 20: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Παραγωγή θερμού νερού

Ο κεντρικός σταθμός παραγωγής θερμού νερού περιλαμβάνει τους παρακάτω χώρους:• Λεβητοστάσιο με 2 ή περισσότερους λέβητες• Αντλιοστάσιο• Πίνακα ελέγχου με τα όργανα ρυθμίσεων και μετρήσεων• Μηχανουργείο• Βοηθητικούς χώρους προσωπικού• Δεξαμενές καυσίμου

Οι σχετικά μικρές εγκαταστάσεις τοποθετούνται στο υπόγειο του ψηλότερού κτιρίου, στη στέγη του οποίου τοποθετείται το δοχείο διαστολής. Συνήθως όμως η εγκατάσταση είναι κλειστού τύπου και το δοχείο διαστολής μπορεί να τοποθετηθεί χαμηλά. Οι μεγαλύτερες εγκαταστάσεις τοποθετούνται συνήθως σε ξεχωριστό κτίριο.

Page 21: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Λεβητοστάσιο (Τηλεθέρμανση Κοζάνης)

Page 22: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Αντλιοστάσιο (Τηλεθέρμανση Κοζάνης)

Page 23: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Πίνακας ελέγχου με τα όργανα ρυθμίσεων και μετρήσεων (Τηλεθέρμανση Κοζάνης)

Page 24: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Καπνοδόχοι (Τηλεθέρμανση Κοζάνης)

Page 25: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Δοχείο διαστολής (Τηλεθέρμανση Κοζάνης)

Page 26: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Η συνολική ισχύς διαμοιράζεται σε 2 ή 3 μονάδες, συνήθως υπολογισμένες κατά τη σχέση 40-40-20%.Για καύσιμα χρησιμοποιούνται πετρέλαιο ή αέριο, ανάλογα με τις τοπικές συνθήκες. Για την επιλογή του καυσίμου πρέπει να ληφθούν υπόψη: κόστος καυσίμου, επάρκεια, αποθηκευτικοί χώροι, τρόποι και κόστος μεταφοράς, βαθμός ρύπανσης περιβάλλοντος, έλεγχος ρύπανσης και κόστος προσωπικού.

Καπνοδόχος

Ο υπολογισμός του ύψους της καπνοδόχου πρέπει να γίνεται πολύ προσεκτικά. Η καπνοδόχος δεν απάγει μόνο τα καυσαέρια αλλά και απομακρύνει τις βλαβερές ύλες από την επιφάνεια του εδάφους. Συνήθως εγκαθίσταται μία καπνοδόχος για κάθε λέβητα.Η χρησιμοποίηση αερίου για καύσιμο είναι η καταλληλότερη από άποψη μόλυνσης του περιβάλλοντος και χρειάζεται το μικρότερο ύψος καπνοδόχου.

Page 27: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης
Page 28: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Σύστημα σωληνώσεων

Το πιο διαδεδομένο σύστημα είναι το δισωλήνιο. Στο σύστημα αυτό υπάρχουν δύο αγωγοί προς κάθε καταναλωτή, ένας προσαγωγής και ένας επιστροφής. Η θερμοκρασία προσαγωγής ρυθμίζεται κεντρικά σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία περιβάλλοντος (90º/70ºC ή 110º/70ºC ή 110º/60ºC).

Εάν υπάρχουν και ανάγκες για ζεστό νερό χρήσεως η μικρότερη θερμοκρασία τροφοδότησης δεν πρέπει να πέφτει κάτω από τους 70ºC.

Για την ανεξάρτητη ρύθμιση της θερμοκρασίας στους επιμέρους καταναλωτές χρησιμοποιούνται ρυθμιστικές βαλβίδες με ή χωρίς εναλλάκτη θερμότητας.

Η διαστασιολόγηση του δικτύου σωληνώσεων γίνεται με κατάλληλα προγράμματα σε Η/Υ, ώστε να προκύπτουν οι βέλτιστες διατομές σωληνώσεων.

Page 29: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Θερμοκρασίες προσαγωγής και επιστροφής

Η θερμοκρασία προσαγωγής στα κτίρια φθάνει μέχρι τους 110ºC και εξαρτάται περίπου γραμμικά από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος.

Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ προσαγωγής και επιστροφής τόσο λιγότερη είναι η κυκλοφορούσα ποσότητα νερού, για δεδομένες θερμαντικές ανάγκες, και τόσο φθηνότερο είναι επομένως το δίκτυο. Γι αυτό είναι οικονομικότερη η λειτουργία με θερμοκρασίες 110º/70ºC, παρά 90º/70ºC.Με την ανάμιξη νερού επιστροφής, τα θερμαντικά σώματα παίρνουν θερμοκρασίες όχι μεγαλύτερες από 90ºC.

Για καλύτερη αποδοτικότητα του δικτύου εφαρμόζεται πολλές φορές μεγαλύτερη πτώση θερμοκρασίας π.χ. 110º/50ºC. Έτσι επιτυγχάνεται οικονομικότερη θέρμανση, φθηνότερο κόστος εγκατάστασης λόγω μικρότερων διατομών στο δίκτυο, μικρότεροι κυκλοφορητές αλλά το κόστος των θερμαντικών σωμάτων είναι μεγαλύτερο.

Page 30: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Κυκλοφορητές

Η κυκλοφορία του νερού γίνεται όπως στις κεντρικές θερμάνσεις με φυγοκεντρικές αντλίες στην προσαγωγή ή την επιστροφή. Χρειάζονται συνήθως δύο συστήματα, ένα για πλήρες φορτίο και ένα για μειωμένο φορτίο. Σε πολλές περιπτώσεις, όταν η θερμοκρασία προσαγωγής φθάσει στο κατώτερο όριο, η ρύθμιση του φορτίου γίνεται με αντλίες μεταβλητής παροχής.Για την εκλογή της πίεσης συχνά παίζουν ρόλο οικονομικά κριτήρια. Μεγάλες πιέσεις χρειάζονται μεγάλη ισχύ αλλά μικρές διατομές σωλήνων και αντίστροφα. Χρειάζεται επομένως ο υπολογισμός της οικονομικής πίεσης. Η συνηθισμένη υπερπίεση είναι 4 έως 6 bar. Η πίεση υπολογίζεται με 0.1 bar ανά 100 m σωλήνα περίπου.

Page 31: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης
Page 32: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Κατατομή πιέσεων στο δίκτυο

Στο σχεδιασμό των εγκαταστάσεων, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι αναμενόμενες στο δίκτυο πιέσεις. Κάθε εγκατάσταση έχει ένα μανομετρικό ύψος ισορροπίας. Σε ανοιχτές εγκαταστάσεις, το ύψος αυτό είναι το ύψος της στάθμης νερού στο δοχείο διαστολής. Σε κλειστές εγκαταστάσεις η πίεση αυξάνεται κατά την πίεση του αερίου στο κλειστό δοχείο διαστολής.

Η λειτουργία των κυκλοφορητών επηρεάζει σημαντικά τις πιέσεις στο δίκτυο. Η συνολική πίεση (πίεση λειτουργίας) σε οποιοδήποτε σημείο του δικτύου είναι το άθροισμα της πίεσης ισορροπίας και της πίεσης της αντλίας, που μπορεί να είναι θετική ή αρνητική (τοποθέτηση στην προσαγωγή ή στην επιστροφή αντίστοιχα).

Page 33: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Η πίεση των αντλιών εξισορροπεί τις απώλειες τριβών κ.λ.π. του δικτύου και “καταναλώνεται” σταδιακά έως το σώμα ή το κτίριο με την πιο δυσμενή θέση στο δίκτυο. Η διαφορά πίεσης είναι μεγαλύτερη κοντά στον σταθμό παραγωγής ενέργειας.

Κατάλληλες διατάξεις (βαλβίδες μείωσης της πίεσης, ρυθμιστές ροής, ρυθμιστές διαφορικής πίεσης) μειώνουν τη διαφορά αυτή, ώστε η πίεση να φθάσει στο επιτρεπτό επίπεδο της εγκατάστασης κάθε κτιρίου.

Page 34: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Τηλεθέρμανση υπέρθερμου νερού

Οι τηλεθερμάνσεις υπέρθερμου νερού είναι κλειστές εγκαταστάσεις, με φορέα θερμότητας νερό θερμοκρασίας πάνω από 110ºC. Η θερμοκρασία προσαγωγής του νερού στο δίκτυο είναι συνήθως 110ºC έως 140ºC, σε ορισμένες όμως περιπτώσεις φθάνει τους 180ºC.

Ο τύπος αυτός της τηλεθέρμανσης εφαρμόζεται σε μεγάλες εγκαταστάσεις, ιδίως σε θερμάνσεις πόλεων, όπου εκτός από τους κανονικούς καταναλωτές θέρμανσης συνδέονται και καταναλωτές με ανάγκες ζεστού νερού ή ατμού.

Page 35: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Παραγωγή υπέρθερμου νερού

Το υπέρθερμο νερό παράγεται με διάφορους τρόπους:α) Σε κοινούς λέβητες ατμού οποιασδήποτε κατασκευής. Ο λέβητας εκτός από υπέρθερμο νερό μπορεί να παράγει και ατμό.

β) Σε λέβητες υπέρθερμου νερού, όπου ο λέβητας παράγει μόνο νερό χωρίς ατμό.

γ) Σε εναλλάκτες θερμότητας. Ο ατμός ενός λέβητα ή ο ατμός από τον σταθμό συμπαραγωγής προωθείται σε εναλλάκτες θερμότητας, όπου θερμαίνεται το νερό του δικτύου. Τα κυκλώματα νερού και ατμού στην περίπτωση αυτή είναι διαχωρισμένα.

Page 36: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Σύστημα σωληνώσεων – θερμοκρασίες προσαγωγής επιστροφής

Το πιο διαδεδομένο σύστημα είναι το δισωλήνιο. Στο σύστημα αυτό χρησιμοποιείται ένας αγωγός τροφοδότησης και ένας επιστροφής.

Η εκλογή της θερμοκρασίας προσαγωγής εξαρτάται σε βιομηχανικές περιοχές από τις ανάγκες των καταναλωτών π.χ. πλυντήρια από 130ºC έως 160ºC.

Στα δίκτυα μόνο για θέρμανση, η θερμοκρασία προσαγωγής ρυθμίζεται ανάλογα με την εξωτερική θερμοκρασία. Συνηθισμένες θερμοκρασίες προσαγωγής/επιστροφής είναι οι 130ºC/70ºC.

Υπάρχει μία ρύθμιση κεντρική και μία ρύθμιση στον υποσταθμό κάθε κτιρίου. Συνήθως τα δίκτυα σχεδιάζονται με μεγάλη πτώση θερμοκρασίας για οικονομικότερο προϋπολογισμό του δικτύου και χαμηλότερη κατανάλωση των αντλιών.

Page 37: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Κατά το σχεδιασμό των δικτύων πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ο ετεροχρονισμός των φορτίων (οι μέγιστες ζητήσεις όλων των καταναλωτών δεν συμπίπτουν χρονικά). Έτσι η διανομή του φορέα θερμότητας και τα δίκτυα σωληνώσεων πρέπει να σχεδιάζονται για ένα μέγιστο φορτίο μικρότερο από το άθροισμα των μέγιστων φορτίων όλων των καταναλωτών. Συνήθως οι συντελεστές ταυτοχρονισμού είναι 0.7 – 0.8 για δίκτυα θέρμανσης και 0.65 για δίκτυα ζεστού νερού χρήσης.

Page 38: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Κυκλοφορητές – κατανομή πιέσεων στο δίκτυο

Οι κυκλοφορητές υπέρθερμου νερού είναι ειδικές κατασκευές με υδρόψυκτα κουζινέτα. Η τοποθέτησή τους είναι δυνατή στην προσαγωγή ή την επιστροφή.

Οπωσδήποτε πρέπει να εξετάζονται οι συνθήκες πιέσεων στο δίκτυο. Σε κανένα σημείο η πίεση δεν πρέπει να πέφτει κάτω από την πίεση κορεσμού της συγκεκριμένης θερμοκρασίας λειτουργίας, διαφορετικά δημιουργείται ατμός και υδραυλικά πλήγματα.

Επειδή η διαφορική πίεση μεταξύ προσαγωγής και επιστροφής, ιδίως κοντά στο σταθμό παραγωγής ενέργειας είναι μεγάλη, πρέπει να μειώνεται σε κάθε σύνδεση κτιρίου με βαλβίδες μείωσης της πίεσης.

Page 39: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Υποσταθμοί κτιρίων

Η θερμική ενέργεια που παράγεται στον κεντρικό σταθμό παραγωγής ενέργειας, μεταφέρεται μέσω του δικτύου διανομής και τελικά αποδίδεται στους καταναλωτές. Η παροχή της θερμότητας στην εγκατάσταση θέρμανσης γίνεται στον υποσταθμό κάθε κτιρίου, είτε απευθείας είτε μέσω εναλλάκτη θερμότητας.

Απευθείας σύνδεση

Στην περίπτωση αυτή το θερμό ή υπέρθερμο νερό του δικτύου διοχετεύεται κατευθείαν στο δίκτυο του κτιρίου (κοινά θερμαντικά σώματα, fan-coils, αερόθερμα, θερμαντικά στοιχεία κεντρικών κλιματιστικών μονάδων κ.λ.π.).

Page 40: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Απευθείας σύνδεση

Ο τρόπος αυτός σύνδεσης συνήθως είναι φθηνότερος από την έμμεση σύνδεση διότι δεν υπάρχει το επιπλέον κόστος για τον εναλλάκτη θερμότητας και για επεξεργασία του νερού.

Υπάρχει όμως κίνδυνος να προκληθούν βλάβες ή μολύνσεις από την χαμηλή ποιότητα νερού του δικτύου.

Η χημική επεξεργασία του νερού του δικτύου γίνεται κεντρικά και πρέπει να παρακολουθείται συνεχώς η ποιότητα του νερού, ώστε να μη δημιουργούνται προβλήματα.

Page 41: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Μία τυπική διάταξη υποσταθμού με απευθείας σύνδεση, σε δισωλήνιο σύστημα θέρμανσης θερμού νερού, φαίνεται στη εικ. 2.

Η εγκατάσταση περιλαμβάνει βαλβίδα ασφαλείας, βαλβίδα μείωσης της πίεσης, ρυθμιστική βαλβίδα (αναλογική) για τη ρύθμιση της θερμοκρασίας, βαλβίδα σταθερής πίεσης (διαφορική), μετρητή θερμότητας, θερμόμετρα, μανόμετρα, βαλβίδες διακοπής και κυκλοφορητή.

Η βαλβίδα μείωσης της πίεσης μειώνει την πίεση του δικτύου τηλεθέρμανσης στα επιτρεπτά επίπεδα της εγκατάστασης θέρμανσης του κτιρίου, και προστατεύει την εγκατάσταση από υπερπιέσεις.

Page 42: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Εικόνα 2. Υποσταθμός με άμεση σύνδεση, σε δισωλήνιο σύστημα θέρμανσης θερμού νερού

Page 43: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Η ρύθμιση της πίεσης γίνεται ανάλογα με τον τύπο των θερμαντικών σωμάτων που είναι εγκατεστημένα σε κάθε κτίριο. Η βαλβίδα σταθερής πίεσης διατηρεί την εγκατάσταση υπό σταθερή πίεση (διαφορική).

Η ρύθμιση της θερμοκρασίας του θερμού νερού στο κτίριο γίνεται με τη ρυθμιστική βαλβίδα, η οποία αυξομειώνει την παροχή του νερού του δικτύου συνήθως ανάλογα με την εξωτερική θερμοκρασία.

Με τη μείωση της παροχής, το νερό επιστροφής από τα θερμαντικά σώματα ανακυκλοφορεί στην εγκατάσταση θέρμανσης και έτσι ρυθμίζεται η θερμοκρασία προσαγωγής.

Page 44: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Έμμεση σύνδεση

Στην περίπτωση αυτή το θερμό ή υπέρθερμο νερό του δικτύου τηλεθέρμανσης συνδέεται με το κύκλωμα νερού της εγκατάστασης θέρμανσης κάθε κτιρίου μέσω ενός εναλλάκτη θερμότητας.

Τα πλεονεκτήματα της έμμεσης σύνδεσης είναι ότι η εγκατάσταση θέρμανσης δεν επηρεάζεται ούτε από την πίεση ούτε από την ποιότητα του νερού του δικτύου τηλεθέρμανσης. Μειονεκτήματα είναι το επιπλέον κόστος για τον εναλλάκτη και το δοχείο διαστολής, που είναι απαραίτητο στην εγκατάσταση κάθε κτιρίου.

Μία τυπική διάταξη υποσταθμού με έμμεση σύνδεση, σε δισωλήνιο σύστημα θέρμανσης θερμού νερού, φαίνεται στη εικ. 3.

Page 45: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Εικόνα 3. Υποσταθμός με έμμεση σύνδεση, σε δισωλήνιο σύστημα θέρμανσης θερμού νερού

Page 46: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Και στην περίπτωση αυτή η ρύθμιση της θερμοκρασίας γίνεται μέσω μια ρυθμιστικής βαλβίδας, η οποία ρυθμίζει την παροχή του νερού του δικτύου μέσα στον εναλλάκτη θερμότητας. Με την αυξομείωση της παροχής του νερού του δικτύου (σταθερής θερμοκρασίας) στο εναλλάκτη, ρυθμίζεται η θερμοκρασία προσαγωγής του θερμού νερού στο κτίριο. Η ρύθμιση γίνεται συνήθως ανάλογα με τη εξωτερική θερμοκρασία.

Για μονοκατοικίες και πολυόροφα κτίρια υπάρχουν προκατασκευασμένοι υποσταθμοί, πλήρως συναρμολογημένοι και με όλα τα απαραίτητα όργανα και συσκευές (εικόνες 4 και 4α). Οι υποσταθμοί αυτοί μπορεί να είναι μόνο για θέρμανση, μόνο για παροχή θερμού νερού χρήσης ή με συνδυασμό θέρμανσης και θερμού νερού χρήσης.

Page 47: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

(α) (β)Εικόνα 4. Προκατασκευασμένοι υποσταθμοί κτιρίων (α) μονοκατοικία (β) πολυώροφο κτίριο

Page 48: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Εικόνα 4α. Προκατασκευασμένος υποσταθμός κτιρίου

Page 49: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Πλακοειδής εναλλάκτης

Page 50: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Οι σωληνώσεις των τηλεθερμάνσεων

Οι τρόποι τοποθέτησης των σωληνώσεων εξαρτώνται από πολλούς παράγοντες όπως εδαφολογικές συνθήκες, κατάστρωμα του δρόμου, διασταυρώσεις, δημοτικοί κ.λ.π. κανονισμοί, εμπόδια (σωληνώσεις νερού, ηλεκτρικού, αερίου), κ.λ.π. Γενικά δεν υπάρχουν γενικοί κανόνες για την τοποθέτηση επειδή οι κυριότερες επιδράσεις όπως θερμικές απώλειες, διάβρωση, στεγανότητα, ύψος υπόγειων υδάτων, βρόχινα νερά κ.λ.π. διαφέρουν κατά περίπτωση. Η σημαντικότερη απαίτηση είναι η απόλυτη ασφάλεια λειτουργίας. Το χαμηλό κόστος των σωληνώσεων είναι επίσης σημαντικό για την αποδοτικότητα της εγκατάστασης. Οι τρόποι τοποθέτησης των σωληνώσεων είναι:

Α) Εναέρια τοποθέτηση

Β) Υπόγεια τοποθέτηση

Page 51: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Α) Εναέρια τοποθέτηση

Στην εναέρια τοποθέτηση οι σωλήνες διανομής στηρίζονται πάνω σε μεταλλικά ή τσιμεντένια υποστηρίγματα. Οι σωλήνες περιβάλλονται από θερμική μόνωση και εξωτερική προστατευτική επένδυση από αλουμίνιο ή ανοξείδωτο ατσάλι ή πλαστικό φύλλο ή συνδυασμό των παραπάνω. Στην περίπτωση πλαστικών φύλλων αυτά πρέπει να είναι ανθεκτικά στην υπεριώδη ακτινοβολία.Είναι ο φθηνότερος τρόπος όδευσης των σωληνώσεων. Ο έλεγχος και η συντήρηση γίνονται εύκολα, αλλά εκτός από τα αισθητικά προβλήματα εμπεριέχει και κινδύνους για ζημίες από εξωτερικούς παράγοντες π.χ. αυτοκίνητα.

Page 52: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Β) Υπόγεια τοποθέτηση

Η υπόγεια τοποθέτηση λύνει τα προβλήματα αισθητικής και ασφάλειας από εξωτερικούς παράγοντες, αλλά έχει πολύ μεγαλύτερο κόστος κατασκευής, λειτουργίας και συντήρησης. Το δίκτυο διανομής πρέπει να κατασκευάζεται έτσι ώστε να μη παρουσιάζει διαρροές ενώ διάφοροι παράγοντες όπως θερμικές διαστολές, θερμικές απώλειες, υψηλές πιέσεις, υδραυλικά πλήγματα και διάβρωση πρέπει να λαμβάνονται υπόψη με πολλή προσοχή στο σχεδιασμό.

Οι κυριότεροι τύποι υπόγειας τοποθέτησης είναι:• Σήραγγες από προφίλ•Τοποθέτηση χωρίς σήραγγα

Page 53: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Σήραγγες από προφίλ

Αποτελούνται συνήθως από βάση και καπάκι οπλισμένου σκυροδέματος. Τοποθετούνται είτε στην επιφάνεια του εδάφους είτε υπόγεια (εικ. 5). Πρέπει να λαμβάνεται ειδική μέριμνα για την αποστράγγιση των υδάτων (υπόγειων ή όμβριων) που εισέρχονται στις σήραγγες. Το δάπεδο κατασκευάζεται πάντοτε με κλίση προς διάφορα σημεία αποστράγγισης. Απαιτείται ειδικό δίκτυο αποστράγγισης από όλα τα χαμηλά σημεία.

Οι σωλήνες περιβάλλονται από θερμική μόνωση και εξωτερική προστατευτική επένδυση από μέταλλο ή πλαστικό φύλλο. Φρεάτια επιθεώρησης τοποθετούνται σε κατάλληλες θέσεις για έλεγχο των εξαρτημάτων και της αποστράγγισης (εικ. 6).

Page 54: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

(α) (β)Εικόνα 5. Σήραγγες για την υπόγεια τοποθέτηση των σωληνώσεων (α) στην επιφάνεια του εδάφους (β) υπόγεια

Page 55: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Εικόνα 6. Φρεάτιο επιθεώρησης με σήραγγα διακλάδωσης

Page 56: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Τοποθέτηση χωρίς σήραγγα

Το σύστημα αυτό απαιτεί ιδιαίτερα επιμελημένη κατασκευή, γιατί τα λάθη και οι κακοτεχνίες ανιχνεύονται πολύ δύσκολα εκ των υστέρων. Οι σωληνώσεις είναι προμονωμένοι χαλύβδινοι αγωγοί με εξωτερική προστατευτική επένδυση.

Τα τρία βασικά στοιχεία των αγωγών, δηλ. ο χαλυβδοσωλήνας, το θερμομονωτικό υλικό και το εξωτερικό προστατευτικό περίβλημα είναι συγκολλημένα μεταξύ τους από το εργοστάσιο παραγωγής και αποτελούν μία συμπαγή ενότητα. Επίσης όλα τα ειδικά τεμάχια του δικτύου (γωνίες, διακλαδώσεις, καμπύλες κ.λ.π.) είναι προκατασκευασμένα.

Page 57: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Τοποθέτηση σωλήνων χωρίς σήραγγα

Page 58: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Τοποθέτηση σωλήνων χωρίς σήραγγα

Page 59: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

• ο πρώτος τύπος ανάμεσα στο θερμομονωτικό υλικό και το εξωτερικό περίβλημα έχει κενό αέρα (εικ. 7α), το οποίο προστατεύει τον χαλύβδινο αγωγό από είσοδο υγρασίας (η υγρασία εξατμίζεται εξάτμιση στο κενό αέρα)

• ο δεύτερος τύπος, χωρίς κενό αέρα ανάμεσα στο θερμομονωτικό υλικό και το εξωτερικό περίβλημα, έχει ειδική προστασία (φύλλο πολυουρεθάνης) που εμποδίζει την υγρασία να μπει μέσα στο θερμομονωτικό υλικό (εικ 7β).Ο εντοπισμός των διαρροών στο σύστημα αυτό γίνεται με την τοποθέτηση ειδικού καλωδίου (αισθητήριο διαρροών) σε όλο το μήκος του αγωγού, το οποίο ελέγχει συνεχώς και εντοπίζει το σημείο διαρροής.

Page 60: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Εικόνα 7. Προμονωμένοι χαλύβδινοι αγωγοί (α) με κενό αέρα (β) χωρίς κενό αέρα

Page 61: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Προμονωμένοι αγωγοί

από χάλυβα από χαλκό από πλαστικό

Page 62: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

αισθητήριο διαρροών

Page 63: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Στοιχεία σχεδιασμού συστημάτων

Θερμικά φορτία – απαίτηση θερμικής ενέργειας

Για τον υπολογισμό του συστήματος παραγωγής ενέργειας, του συστήματος διανομής και των υποσταθμών των κτιρίων, απαιτείται ο υπολογισμός των θερμικών φορτίων των κτιρίων.

Οι απαιτήσεις σε θερμική ενέργεια των οικιακών και εμπορικών καταναλωτών είναι κυρίως για θέρμανση χώρων και για παρασκευή θερμού νερού χρήσης. Η ζήτηση θερμικής ενέργειας για θέρμανση είναι μέγιστη κατά τη διάρκεια του χειμώνα, ελαττώνεται κατ την άνοιξη και το φθινόπωρο και μηδενίζεται το καλοκαίρι. Η ζήτηση για θερμό νερό χρήσης είναι περίπου σταθερή σε όλη τη διάρκεια του χρόνου.Οι απαιτήσεις σε θερμική ενέργεια των βιομηχανικών καταναλωτών είναι συνήθως σταθερές όλο το χρόνο.

Page 64: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Η ακριβής εκτίμηση των θερμικών φορτίων και επομένως της θερμικής ισχύος μιας εγκατάστασης τηλεθέρμανσης απαιτεί:

• Λεπτομερή κατασκευαστικά δεδομένα όλων των κτιρίων που πρόκειται να συνδεθούν

• Κλιματολογικά στοιχεία της περιοχής• Στοιχεία για την κατανάλωση θερμού νερού χρήσης• Στοιχεία για τις βιομηχανικές καταναλώσεις ή της

καταναλώσεις χρηστών ειδικού τύπου π.χ. νοσοκομεία

Page 65: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Ο υπολογισμός των θερμικών φορτίων των κτιρίων γίνεται με την εφαρμογή διαφόρων μεθόδων (π.χ. DIN 4701). Η απαιτούμενη ισχύς για θερμό νερό χρήσης υπολογίζεται από την απαιτούμενη κατανάλωση ανά άτομο. Η απαιτούμενη ισχύς για άλλες χρήσεις εκτιμάται σύμφωνα με τις ειδικές απαιτήσεις κάθε χρήσης.Ιδιαίτερα χρήσιμα για τον υπολογισμό των αιχμών ζήτησης στα συστήματα τηλεθέρμανσης, είναι στοιχεία για την συχνότητα εμφάνισης της εξωτερικής θερμοκρασίας ξηρού θερμομέτρου.

Page 66: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Στις εικόνες 8 και 9 δίδονται οι καμπύλες συχνότητας εμφάνισης της εξωτερικής θερμοκρασίας για την Αθήνα (μετεωρολογικός σταθμός Εθνικού Αστεροσκοπείου) και τη Θεσσαλονίκη (μετεωρολογικός σταθμός Α.Π.Θ.). Με βάση τα στοιχεία αυτά υπολογίζονται τα θερμικά φορτία αιχμής, τα οποία παρατηρούνται συνήθως πολύ λίγες ώρες το χρόνο και αντιμετωπίζονται από ανεξάρτητους λέβητες, ώστε η βασική εγκατάσταση παραγωγής θερμότητας να μην υπολειτουργεί.

Ο υπολογισμός της ετήσιας κατανάλωσης ενέργειας για θέρμανση μπορεί να γίνει με τη μέθοδο των βαθμοημερών, με τη μέθοδο συχνοτήτων θερμοκρασιών και με άλλες μεθόδους, που θα παρουσιαστούν στη συνέχεια σε ειδικό κεφάλαιο.

Page 67: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης
Page 68: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης
Page 69: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Υπολογισμός των διαμέτρων του δικτύου σωληνώσεων

Ο υπολογισμός των διαμέτρων των σωληνώσεων της τηλεθέρμανσης γίνεται όπως στα κλασσικά συστήματα κεντρικής θέρμανσης. Επειδή τα δίκτυα της τηλεθέρμανσης είναι εκτεταμένα, ο σχεδιασμός του δικτύου πρέπει να γίνεται έτσι ώστε να προκύπτει ελαχιστοποίηση του κόστους. Σπουδαίο ρόλο παίζουν:

• η διαφορά θερμοκρασίας του νερού μεταξύ προσαγωγής και επιστροφής

RV ttt • η πίεση λειτουργίας

Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά θερμοκρασίας Δt τόσο μικρότερη είναι η διάμετρος των σωληνώσεων, αλλά αντίστοιχα μεγαλύτερη η πτώση πίεσης.

Ο υπολογισμός της διαμέτρου γίνεται από τη σχέση:

wm

d

354

[mm]

Page 70: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

όπου: η ροή μάζας του νερού [kg/h]

= η ειδική θερμότητα του νερού = 4.19 [kJ/kgK] = η πυκνότητα του νερού στη θερμοκρασία [kg/m3] = η ταχύτητα ροής του νερού [m/s] = η μεταφερόμενη θερμική ισχύς [kW]

Η πτώση πίεσης υπολογίζεται από τη σχέση:

όπου: = το μήκος σωλήνα [m] = ο συντελεστής τριβής κατά MOODY = f (Re, τραχύτητας) = η ταχύτητα ροής του νερού [m/s}

Η πτώση πίεσης στα ειδικά τεμάχια (τόξα, στενώσεις, διακλαδώσεις κ.λ.π.) υπολογίζεται από τη σχέση:

όπου: ζ = ο συντελεστής τοπικών απωλειών

tcQ

m

3600

cw

Q

2

2wdl

p

lw

2

2wp

Page 71: Σεμινάριο Τηλεθέρμανσης

Μανομετρικό ύψος αντλιών

Το μανομετρικό ύψος αντλιών είναι το άθροισμα των ακόλουθων πιέσεων:

• Πτώση πίεσης στο σταθμό παραγωγής θερμότητας• Πτώση πίεσης στο δίκτυο διανομής• Πτώση πίεσης στον υποσταθμό κτιρίου

Πίεση ηρεμίας

Η πίεση στο δοχείο διαστολής του δικτύου ρυθμίζεται έτσι ώστε να περιλαμβάνει σε κατάσταση εκτός λειτουργίας την τάση ατμών (στην θερμοκρασία προσαγωγής του νερού) και τη διαφορά ύψους από τη θέση του υψηλότερου καταναλωτή.