• kaukolämpö
• lämmönsiirrin

Kaukolämpö on toistaiseksi Suomen yleisin rakennusten lämmitysmuoto ja sen energiatehokas käyttö on noussut entistä tarkeämmäksi energian hinnan nousun sekä päästövähennystavoitteiden vuoksi. Kaukolämpölaitteiston energiatehokkuuteen voidaan vaikuttaa niitä saneerattaessa mitoittamalla lämmönsiirtimet todellisen tehontarpeen mukaisesti ja riittävän suurelle painehäviölle.

Monissa saneerauskohteissa kaukolämmön lämmönsiirtimet mitoitetaan edelleen alkuperäisten suunnitteluarvojen mukaisesti, vaikka rakennuksen todellinen lämmitystehontarve on huomattavasti pienempi.

Kaukolämmön alajakokeskuksen saneerauksessa, laitteisto kannattaisi mitoittaa mitatun huippukulutuksen perusteella ja riittävän suurelle painehäviölle.  Silloin lämmönsiirtimissä toteutuisivat mahdollisimman hyvät virtausolosuhteet suurimman osan vuodesta. Lämmönsiirtimet eivät tukkeudu ennen aikojaan, eikä varatehosta tarvitse maksaa energialaitokselle.

Miksi liian suuri siirrin on ongelma?

Ajatuksena tehovaraus ja pieni painehäviö lämmönsiirtimellä on houkutteleva. Se luo varmuuden tunteen, että teho riittää kovilla pakkasilla ja että laajennukset ovat edullisempi toteuttaa, kun siirrintä ei tarvitse uusia. Pumppauskustannukset ovat pienempiä, siirtimen painehäviön ollessa pieni.

Käytännössä tilanne voi olla täysin päinvastainen.

Kun siirrin on liian suuri, virtausnopeudet jäävät alhaisiksi. Virtaus muuttuu vähemmän turbulenttiseksi, jolloin lämmönsiirto heikkenee. Hidas, lähes laminaarinen virtaus tuo epäpuhtauksia siirtimen sisälle, mutta ei jaksa kuljettaa niitä ulos, jolloin se alkaa tukkeutua. Virtauskanavat ohenevat ja lämmönsiirtopinnat paksuuntuvat, painehäviö kasvaa ja siirtimen energiatehokkuus heikkenee.

Energian hinta voi myös kasvaa suhteessa lämmönsiirtimien kokoon, koska osa energialaitoksista perii maksua myös varatehosta.

Seuraukset:

• Suurempi investointi
• Lyhyempi käyttöikä
• Korkeampi energian hinta
• Heikompi hyötysuhde

Haitat voivat kasvaa hyötyjä merkittävästi suuremmiksi.

Tutkimus nykytilanteesta

Tutkimuksessani vertailin 21 kaukolämpökeskusta liikekiinteistöissä eri puolilta Suomea. Vertailin rakennusten lämmitysverkostojen lämmityssiirtimien mitoitustehoja rakennusten todellisiin, vuoden aikana mitattuihin huipputehoihin.

Tulokset olivat selkeät:

• vain yhdessä kohteessa todellinen huipputeho ylitti mitoitustehon
• suurimmassa osassa kohteita mitoitus oli yli 40 % todellista tarvetta suurempi
• osassa kohteita ylimitoitus oli yli 100 %

Tämä viittaa siihen, että mitoituksissa on ylimitoitusta ja myös siihen, että rakennusten energiankulutus on muuttunut pienemmäksi vuosien kuluessa. Kulutuksen vähenemiseen vaikuttavat ilmanvaihdon tarpeenmukaistaminen ja automaation kehitys, sekä energiatehokkuustoimenpiteet.

Saneerattaessa mitoitus kannattaa perustaa dataan

Tutkimuksen keskeinen johtopäätös on, että saneerattavan kaukolämpösiirtimen mitoituksessa tulisi hyödyntää mitattua kulutusdataa alkuperäisten suunnitteluarvojen sijaan ja kartoittaa kiinteistön nykytilanne.

Rakennuksen nykytilanne voi poiketa huomattavasti alkuperäisestä:

• tilojen käyttötarkoitus tai käyttöaste on voinut muuttua
• talotekniikkaa on voitu uudistaa energiatehokkaammaksi ja lämmöntalteenottoja tehostaa
• rakennusautomaatiolla saatetaan ohjata älykkäämmin, jolla on suuri vaikutus energiankulutukseen
• ulkovaipan rakenteita on voitu uusia ja lämmitystehontarve on pienempi
• energiatehokkuustoimenpiteet ovat pienentäneet tehontarvetta

Tästä huolimatta saneerauksissa käytetään usein edelleen vanhoja mitoitusarvoja.

Painehäviöllä on merkitystä

Usein painehäviöt pyritään suunnittelemaan mahdollisimman pieniksi. Lämmitysverkoston kaukolämpösiirtimen mitoituksessa se ei kannata.

Tutkimuksen toinen merkittävä johtopäätös on, että lämmityksen kaukolämpösiirrin kannattaa mitoittaa mahdollisimman suurelle painehäviölle. Painehäviö kuvaa vastusta, jonka virtaus kohtaa kulkiessaan lämmönsiirtimen levykanavien läpi.

Painehäviö ja virtausnopeus kulkevat käsi kädessä. Kun painehäviö jää liian alhaiseksi, myös virtausnopeus jää pieneksi, jolloin virtaus muuttuu vähemmän turbulenttiseksi.

Tämä on ongelmallista, koska juuri turbulenttinen virtaus parantaa lämmönsiirtoa ja auttaa pitämään lämmönsiirtimen pinnat puhtaina. Kun virtaus siirtimessä on riittävän turbulenttinen, se puhdistuu itsestään. Pyörteilevä virtaus pyyhkii lämmönsiirtolevyjen pinnalta epäpuhtaudet ja kuljettaa ne ulos siirtimestä.

Opinnäytetyössä havaittiin, että hieman suuremmalle painehäviölle suunnitellulla siirtimellä voidaan saavuttaa paremmat virtausolosuhteet erityisesti osateholla toimittaessa. Tämä parantaa lämmönsiirron tehokkuutta ja samalla pidentää siirtimen käyttöikää, koska suuriman osan aikaa vuodesta, lämmitys operoi vain osateholla.

Mitoituksessa painehäviötä ei siis tulisi minimoida automaattisesti, vaan sitä tulee tarkastella osana kokonaisuutta. Sopiva painehäviö varmistaa riittävän virtausnopeuden, tehokkaan lämmönsiirron ja järjestelmän pitkäaikaisen toimintavarmuuden.