2 rørs kontra 4 rørs varmedistribusjonssystem, teknisk og økonomisk analyse
Master thesis
View/ Open
Date
2016-08-29Metadata
Show full item recordCollections
- Master's theses (RealTek) [1851]
Abstract
Da energikravet til moderne boliger stadig blir strengere, som igjen innebærer et mindre oppvarmingsbehov, vil kreve grundigere analyser av investering- og driftskostnader. Hovedmålet til mastergradsprosjektet er å utrede og analysere materialbruk, systemeffektivitet og kostnader knyttet til 2 kontra 4-rørs varmedistribusjonssystemer. Analysearbeidet vil i tillegg resultere i tekniske og økonomiske anbefalinger.
Oppgavens grensesnitt er sentrert i sekundærnettet og er inndelt i to casedefinisjoner. Disse består av et stort og lite nett med henholdsvis 90 og 30 rekkehusleiligheter. Casenes omgivelser er inspirert av et boligområde på Storfjell borettslag i Oslo. 2-rørssystemene er utstyrt med integrerte oppvarming- og tappevannskretser, og opererer samtidig med enten direkte eller indirekte effekttilførsel. 4-rørssystemet består av separate kretser med direkte effekttilførsel.
Simuleringsarbeid av rørnettene, samt beregning av trykk- og varmetap, har fortrinnsvis blitt gjennomført i programvaren Vitec Netsim. Teknisk analyse har blitt initiert ved å beregne dimensjonerende effektbehov i boligene etter energitiltakene i TEK10, hvor sammenlagret tappevannseffektbehov er beregnet etter Svensk fjärrvarme. Det stilles et minimumskrav for turtemperaturene i tappevannskretsene til å overholde minimum 65°C for å forhindre legionelladannelse. Rørdimensjoneringsprosessen har blitt gjort etter forhåndsdefinerte trykktapsbegrensinger på henholdsvis 150 og 300 Pa/m, hvor samtlige er preisolerte stålrør i isolasjonsserie 2.
Resultatene fra den tekniske analysen tilsier imidlertid at 2-rørssystemet med direkte effekttilførsel generer høyest varmetap. En sentral medvirkende årsak til dette resultatet viser seg å være verdien av ∆T, og har tilsynelatende stor innflytelse når det gjelder systemenes energieffektivitet. Pumpeenergiforbruket kontra varmetap har blitt undersøkt ved én dimensjonsreduksjon for det samme 2-rørssystemet. Reduksjonen økte pumpeenergiforbruket fra 10743 til 28910 kWh for stort nett, og fra 3245 til 9057 kWh for lite nett.
I kostnadsanalysen har de ulike systemene blitt sammenlignet på bakgrunn av nåverdiberegning av investering- og driftskostnader. Driftskostnadene har blitt vurdert over en 30-årsperiode med en diskonteringsrente på 6%. Det viser seg at 4-rørssystemet har høyest totale kostnader, hvor investeringskostnader i rør og årlige varmetapskostnader fremtrer som dominerende. I forhold til pumpeenergi kontra varmetap,viser det seg at besparelsen fra rørinvestering og varmetap, er betydelig høyere enn det økte pumpeenergiforbruket.
Som en helhetlig vurdering av resultatene fra den tekniske og økonomiske analysen anbefales det derfor å dimensjonere rørnettene for å minimere varmetapet. As the energy requirement for modern residents are getting more rigorous, and with a decreasing heating demand, requires a more thorough examination of investment and operation costs in building district heating systems. The goal for this master thesis is to analyze material use, system efficiency and costs in 2 and 4-pipe heat distribution systems. The analysis will result in a technical and economical recommendation.
The system interface is focused in the secondary heating network and consists of two case definitions, one large and small network. These consist of 90 and 30 linked houses, and are inspired by a residential area located at Storfjell in Oslo. The 2-pipe systems have integrated heating and hot water heat exchanger circuits, operating as either direct or indirect systems. The 4-pipe system has direct heating and hot water supply.
Simulation of the pipe networks, together with calculations of pressure and heat loss, have mainly been conducted in the computer software program Vitec Netsim. The technical analysis was initiated by calculating dimensioning heat demand in compliance with TEK 10 and Svensk fjärrvarme. Furthermore, a minimum temperature of 65 degrees must be maintained to prevent legionella formation. The pipe dimensioning process has been performed in compliance with pre-defined pressure loss limits of 150 and 300 Pa/m. All pipes are selected as pre-insulated steel pipes with insulation series 2.
Results from the technical analysis shows that the 2-pipe system with direct heat supply, generates the highest heat loss. The value of ∆T has a considerable influence when it comes to energy efficiency. The pump energy consumption in comparison with heat loss has been examined by reducing the dimensions of the aforementioned 2-pipe system. Reducing the dimensions resulted in increased pump energy consumption from 10743 to 28910 kWh for the large network, and 3245 to 9057 for the small network.
In the cost analysis all systems have been compared using present value calculations of investment and operation costs. The operation costs have been considered over a time period of 30 years, with an interest rate of 6%. Results show that the 4-pipe system has the highest total costs. The investment and heat loss costs appear to be more dominating. By considering the pump energy consumption in comparison with heat loss, show that higher cost savings can be achieved by reducing the dimensions.
Based on the technical and economic results it is recommended to dimension the pipe to reduce heat loss.