5. Soojusülekanne võrkudes

Kaugküttevõrk on süsteemi veresoonestik, mille kaudu jõuab soojusenergia tarbijani. Soojusvõrgu piiriks tarbija poolel võetakse enamasti soojussõlm või trassi sulgarmatuur, hüdrauliliseks piiriks on soojusvaheti (tänapäeval on kõik soojussõlmed soojusvahetiga). Võrgu piiriks tootmise poolel võivad olla sulgarmatuur, võrgupumbad, tootmishoone sein või midagi muud. Tootmisel tihti soojusvaheteid ei kasutata, sellisel juhul hüdraulilist piiri ei eksisteeri. Võrgu põhielementideks on torustik, sulg- ja reguleerimisarmatuur (ventiilid) ning torukompensaatorid; tihti on võrkudes ka pumbad, soojusvahetid jm seadmed. Lisaks on palju abiseadmeid ja rajatisi: kanalid, drenaaž, ajamid, automaatika, kinnistoed jne.

Lähtudes füüsikast, on võimalik soojust edastada kolmel viisil: soojuskiirgus, konvektsioon ja soojusjuhtivus. Kaugküttesüsteemis võib leida kõiki soojuse ülekandmise viise, kuid soojuse edastamiseks võrkudes on kasutusel soojusjuhtivus ehk energia ülekanne vahetu kontakti teel. Soojuse transportimiseks kasutakse tänapäeval sooja vett, seega toimub soojusjuhtivuslik ülekanne vee soojusvahetites, mis asuvad tarbija juures, aga ka tootmisüksuse soojusvahetis või kateldes, mis on sisuliselt samuti suured soojusvahetid. Auru kasutamist võib leida suurte linnade vanemates võrkudes, kuid enamik nendest on tänapäeval rekonstrueerimisel ja tulevikus on soojuskandjaks vesi. Auru kasutamine põhjustab suuremaid soojuskadusid võrgus, kõrgemate temperatuuride tõttu on takistatud ka hooldus, torude korrosioonioht on suurem ja vee ettevalmistamise seadmed kallimad – kõik see on põhjuseks, miks uutes võrkudes on energiakandjaks vesi. Auru kasutamisel on ka muud probleemid: torudesse tekib kondensaat ning võimalike hüdrolöökide vältimiseks tuleb tekkinud kondensaat torudest välja saada; tagasivoolust saadud kondensaadi transportimiseks on vaja lisapumpasid; auru tootmine on kulukam. Samas räägib auru kasutamise poolt asjaolu, et auru energiatihedus on suurem ning torustik, mis on vaja ehitada, on väiksema läbimõõduga. Teoreetiliselt võib soojuse transportimiseks kasutada ka muid vedelikke või gaase, kuid kuna vee soojusmahtuvus on suur ning hind madal, siis teisi aineid ei kasutata.

5.1 Soojuse edastamine

Soojuse edastamiseks on vaja tagada soojuskandja liikumine ja selle temperatuuri muutus: soojuskandja pumpamine, soojendamine tootja pool ja jahutamine tarbija juures. Soojendamine on tagatud kütuse põletamisega kateldes või jääksoojuse ülekandega soojusvahetites; jahutamine on tagatud hoonete soojuskadudega ja sooja vee tarbimisega.

Soojuskandja liikumiseks torudes on vaja, et rõhk tootja ja tarbija juures oleks erinev; selleks kasutakse pumpasid. Võrgu tavaline töörõhk on 2 kuni 10 baari (manomeetriline rõhk), võrgu projekteerimisel arvestatakse, et survekatse teostakse rõhuga 16 baari. Tüüpiliselt garanteerib võrguettevõte, et tarbija juures on rõhu erinevus pealevoolu- ja tagasivoolutorus 0,6 kuni 1 baari – see on piisav rõhk vee voolamiseks soojusvahetis ja selliste parameetritega arvestatakse ka soojussõlme seadmete projekteerimisel. Tarbijatel, mis asuvad soojusallika lähedal, on rõhuerinevus suurem; selleks et vee kiirus tarbija soojussõlmes oleks optimaalne, paigaldatakse diferentsiaalrõhu regulaator, mille ülesanne on hoida rõhku etteantud piirides. Täpsemalt räägitakse soojussõlmedest peatükis 3.2.1.

Soojusvõrke saab liigitada gruppidesse mitme parameetri järgi, milleks võivad olla lihtsad füüsikalised omadused nagu võrgu kogupikkus või torude keskmine läbimõõt, aga ka keerulisemad nagu võrgu keskmine soojusläbikande tegur.

Võrgu efektiivsuse mõõtmiseks ja analüüsiks kasutakse järgmisi parameetreid:

• võrgu kaalutud keskmine läbimõõt (m);
• võrgu kogupikkus (m);
• võrgu keskmine vanus (a) – iseloomustab vanust ja torude renoveerimise vajadust. Eeldusel, et torude keskmine eluiga on 40 aastat, peab võrgu keskmine vanus olema ligikaudu 20 aastat. Juhul kui keskmine vanus on kõrgem, on renoveerimine või torude asendamine olnud liiga aeglane. Keskmise vanuse parameeter sobib paremini suurematele võrkudele, väikeste võrkude torud on tõenäoliselt ehitatud ühel ajal ja võrgu keskmise vanuse parameetri kasutamine võib anda vale tulemuse;
• võrgu keskmine temperatuur või kraadtunnid – iseloomustab, kui kõrged on temperatuurid võrgus ja temperatuuride kestus;
• tarbimistihedus (W/m) – iseloomustab tarbimise mahtu võrgu iga meetri kohta. Suuremates linnades, kus tarbijateks on mitmekorruselised majad, on tarbimistihedus oluliselt suurem.

Võrgu kaalutud keskmine läbimõõt (Valem 5.1):

Kus:

• d – võrgu lõigu läbimõõt, m;
• L – võrgu lõigu pikkus, m.

Võrgu keskmine temperatuur (Valem 5.2):

Kus:

• Ta – võrgu keskmine temperatuur kraadtundides, °C∙h;
• T1 – võrgu pealevoolu keskmine temperatuur, °C;
• T2 – võrgu tagasivoolu keskmine temperatuur, °C
• Tk – torude ümbritseva keskkonna (pind või välisõhk) keskmine temperatuur, °C;
• aeg – võrgu tööaeg aastas (tavaliselt 8760), h.

Võrgu soojuskaod ja isolatsiooni soojusläbikanne (Wh ja W/m2) iseloomustavad, kui palju energiat kaob enne tarbijani jõudmist. Soojusläbikanne annab parema võimaluse võrrelda erinevaid võrke või nende lõike ja aitab teha otsuseid torude isolatsiooni kvaliteedi ja nende renoveerimisvajaduse kohta.

Kaugküttevõrgu isolatsiooni soojusläbikanne (Valem 5.3):

Kus:

• K – võrgu soojusläbikanne, W/m2K;
• λ – isolatsiooni soojusjuhtivus, W/m∙K;
• D – toru läbimõõt koos isolatsiooniga, m;
• d – toru väline läbimõõt isolatsioonita, m;

Soojuskadude käsitlemisel esineb tihti ekslikke arusaamu. Peab eristama absoluutset ja suhtelist soojuskadu – esimene näitab soojuskadu reaalühikutes (Wh või J), teine näitab, kui palju soojust on kadunud transportimise ajal ning näitab ära ka võrgu kasuteguri. Suhtelisest kaost rääkides peab olema eriti ettevaatlik, selle tõlgendamine on tihti vale, sest kadu sõltub paljudest parameetritest ja suur suhteline kadu ei pruugi tähendada, et võrgu efektiivsus on madal. Kaod sõltuvad järgmistest teguritest: soojuskandja temperatuur, isolatsiooni materjal, kvaliteet ja paksus, ümbritseva keskkonna temperatuur ja niiskus, torude läbimõõt ja tarbimistihedus. Erinevate võrkude võrdlemisel tasub tähelepanu pöörata just tarbimistihedusele. Näiteks võib nende parameetrite koosmõju olla selline, et suures linnas, kus isolatsioon on kehv, on suhteline kadu 10–15%, aga väikeses linnas, kus võrk on äsja ehitatud, on suhteline kadu 25%. Suhteline soojuskadu samas võrgus on aasta jooksul erinev: suvel, kui soojuskandja temperatuur on madal ja tarbimine väike, võib suhteline soojuskadu olla 50%, samas kui absoluutne kadu on oluliselt väiksem kui talvel; talvisel ajal võib aga suhteline kadu langeda kuni 5–10 protsendini vaatamata sellele, et absoluutsed kaod suurenevad.

Järgmisest valemist on näha, et soojuskaod sõltuvad võrgu füüsilistest parameetritest ja tarbimise mahust, mitte toodetud soojuse kogusest.

Võrgu soojuskaod (Valem 5.4):

Millest saame:

Kus:

• Qhl – võrgu soojuskaod, Wh;
• Q – soojuse toodang võrku, Wh;
• qhl – võrgu suhtelised soojuskaod, %;
• K – võrgu isolatsiooni soojusülekanne, W/m2K;
• da – võrgu kaalutud keskmine läbimõõt, m;
• L – võrgu pikkus (trassi pikkus, tavaliselt pool torude kogupikkusest), m;
• G – võrgu kraadtunnid, °Ch, (T1+T2)/2*aeg;
• Qs – tarbijatele müüdud soojus, Wh.

5.2 Soojuskandja reguleerimine

Võrgu olulisim eesmärk on soojusenergia ülekandmine tootmisüksusest tarbijani. Kuna energia tarbimine ajas ei ole konstantne, on vaja ülekantavat energiahulka reguleerida. Selleks on kaks võimalust: reguleerida soojuskandja kogust või temperatuuri, ehk kvantitatiivne või kvalitatiivne reguleerimine.

Soojuslik energia maht (Valem 5.6):

Kus:

• Q – energia, W;
• m – mass, kg;
• c – soojusmahtuvus, Wh/(kg*K); *
• ΔT – alg- ja lõpp temperatuuride vahe, K.

*enamasti kasutatakse kJ/(kg*K), 1 Wh = 3600 J.

Soojuskandja temperatuuri muutmine on lihtsaim viis ülekantava energiakoguse reguleerimiseks: mida kõrgem temperatuur, seda rohkem energiat on soojuskandja massi- või mahuühikus. Tarbijate radiaatorite või põrandakütte temperatuur on samuti muutuv ja sõltub välisõhu temperatuurist: mida madalam on temperatuur väljas, seda suuremad on maja konstruktsioonide soojuskaod ja seda rohkem energiat peavad andma kütteseadmed. Kuna soojusvoog läbi hoone seinte (ehk hoone soojuskaod) on lineaarses sõltuvuses välisõhu temperatuurist, siis on pealevoolu temperatuuri reguleerimine samuti lineaarne (joonis 5.1). Ükski soojusvaheti ei ole ideaalne, soojendatava keskkonna temperatuur on alati mõnevõrra madalam kui soojuskandja temperatuur, seega tarbija vajaduste katmiseks peab kaugküttevõrgu soojuskandja temperatuurigraafik olema kõrgem kui tarbija kütteseadmetel olev graafik. Kuna paljud tarbijad saavad oma sooja tarbevee kaugkütte soojusest ning sooja tarbevee temperatuur peab olema vähemalt 55 ˚C Legionella vältimiseks, siis minimaalne kaugküttevõrgu temperatuur peab olema 60 kraadi või rohkem. Kaugküttevõrgu kõrgeim temperatuur või ulatuda kuni 120–140 ˚C, kuid enamasti on temperatuur alla 100 ˚C ning tänapäeval võrgud projekteeritakse arvestusega, et ka pealevoolu temperatuur ei ole üle 80 ˚C. Temperatuuri võrgus võib veelgi alandada, näiteks põrandaküttega maja ei vaja soojuskandjat temperatuuriga üle 40 ˚C, tarbevee valmistamisel võib appi võtta soojuspumbad.

Soojuskandja koguse reguleerimine on samuti suhteliselt lihtne, seda võib teha pumpade abil tootmisüksuses või erineva reguleerimisarmatuuriga tarbija juures. Tänapäeval on pumbad varustatud sagedusmuunduritega ja reguleerimisdiapasoon on suur: 20–110% pumba nimivõimsusest (tihti on mootori pöörlemiskiirust võimalik forsseerida ja sellega tõsta pumba tootlikkust). Ajamitega varustatud ventiilide abil on võimalik täpne reguleerimine vahemikus 0% kuni 100%, kuid erinevate ventiilide reguleerimistäpsus on erinev ning kogu diapasoonis reguleerimine võib olla keeruline. Võrgus veekandja kulu reguleeritakse nii tootmisel kui ka tarbija juures: tootmisel jälgitakse, et rõhkude vahe tarbija juures torustikus oleks piisav ning tarbija juures toimub kulu reguleerimine selleks, et vee temperatuur radiaatorites vastaks graafikule.

Soojuskandja kiirus torustikus on kindlalt limiteeritud. Soojuskandja liiga väike kiirus võrgus võib tähendada, et soojuskadude tõttu ei jõua soojuskandja tarbijani õige temperatuuriga; eriti on see probleemiks suurtes võrkudes ja suvisel ajal, kui tarbimine on väike. Liiga suur kiirus võrgus tähendab aga rõhukadude suurenemist ja üldise rõhu kasvu torustikus. Lisaks võib kiirusel üle 2 m/s hüdrolöögi jõud põhjustada tõsiseid avariisid.

Rõhukadude arvutus lõigule (Valemid 5.7 ja 5.8):

Kus:

• λ – hõõrdetegur;
• d – toru siseläbimõõt, m;
• L – toru pikkus, m;
• ρ – aine tihedus, kg/m3;
• v – aine liikumiskiirus torus, m/s;
• m – massikulu torus, kg/s.

Võrkudes toimub soojuskandja reguleerimine enamasti mõlemat lähenemist kasutades: juhul kui välisõhu temperatuur langeb pikemaks ajaks või muutus on suur, siis muutub ka temperatuuride tase võrgus, väiksemad tarbimise muutused ning õhutemperatuuri kõikumised kompenseeritakse pumpadega. Juhul kui tegemist on väikeste võrkudega, kus üks katlamaja toodab soojust ainult mõne maja jaoks, võib soojuskandja reguleerimine olla ainult kvalitatiivne või kvantitatiivne.

5.3 Torude isolatsioon ja selle tüübid

Toru isolatsioon moodustab kaugkütte torustike soojusülekandes kõige kriitilisema soojustakistuse. Mida parem on isolatsiooni kvaliteet, seda väiksemaks muutub võrgu soojuskadu, parandades seega kaugkütte ökonoomsust ja efektiivsust. Kvaliteetne isolatsioon kaitseb toru väliskeskkonna eest ja takistab metalltorude roostetamist; projekteerimisel arvestatakse isolatsiooni kui tugevuselemendiga.

Soojusülekanne isolatsioonimaterjalis hõlmab soojusjuhtivust pooride seina kaudu, isolatsioonigaasi kokkupõrkest tulenevat soojusjuhtivust ja pooride seinte vahelist soojusülekannet pikalainelise kiirguse tõttu. Traditsiooniliselt kasutati kaugküttetorude isolatsiooniks mineraalvilla (soojusjuhtivus λ ≈ 0,033–0,04 W/m∙K), kuid pärast PUR-isolatsiooni (λ ≈ 0,024 W/m∙K) kasutuselevõttu on villase isolatsiooni tähtsus järk-järgult vähenenud. Superisolatsioon, mille soojusjuhtivus on alla 0,02 W/m∙K, on katsetamisel ja eeldatavasti on see kaugküttevõrkude jaoks tehniliselt sobiv ning majanduslikult põhjendatud.

Selleks et parandada soojusisolatsiooni karakteristikuid, täidetakse vahtisolatsiooni tootmisel poorid gaasidega, mille soojusjuhtivus on kehvem kui õhul (λ ≈ 0,022W/m∙K), näiteks CO2-ga (λ ≈ 0,017W/m∙K). Kuna sellised gaasid aja jooksul difusiooniefekti tõttu isolatsioonist kaovad, siis kasutakse toru tootmisel täiendavat difusioontõket, milleks on alumiiniumist või muu materjalist õhuke kiht isolatsiooni ja väliskesta vahel. Torude väline kiht on tänapäeval enamasti tugevast plastikust kaitsekest, mis takistab niiskuse sattumist isolatsiooni ja kaitseb isolatsiooni deformeerumise eest. Soojuskadude täiendavaks vähendamiseks on kasutusele võetud väiksema läbimõõduga torud, millele võib paigaldada ühise isolatsiooni: nii on tootmine odavam, soojuskadu väiksem ning võimalik vähendada ehituskulusid.

5.4 Kaugküttevõrgu soojuskao hindamistegur võrgu geomeetria suhtes

Kaugkütte efektiivsuse hindamiseks kasutatakse harilikult suhtelist soojuskadu ehk võrgu soojuskadude ja soojusallikast kaugküttevõrku antud kogusoojuse suhet. Sellisel viisil võrgu efektiivsuse määramine võib aga viia ekslike järeldusteni. Võrgu efektiivsuse mõistmiseks on vaja võrgu toimimist põhjalikumalt analüüsida. Näiteks võib kahel sarnasel võrgul olla suhteline soojuskadu sama, kuid temperatuurid esimeses võrgus on 85/50 °C ja teises 75/45 °C. Sel juhul on esimesel võrgul parem isolatsioon ja suurem efektiivsus, teisel aga suurem renoveerimispotentsiaal. Lisaks mõjutab soojuskadu võrgu pikkus ning soojuse tarbimistihedus.

Lähtudes soojus- ja massilevi teooriast, on tehnilise hindamisteguri väljatöötamisel esmajoones leitud võrgu peamist soojuskadu mõjutavad tegurid. Seejärel on leitud teguritest kombineeritud üks koondtegur, mille abil on võimalik kirjeldada võrgu tehnilist seisukorda. Ühe konkreetse tehnilise parameetri olemasolu annab võimaluse soojusvõrke võrrelda ja hinnata nende tehnilise parendamise potentsiaali. Hindamisteguri valideerimiseks on läbi viidud reaalsete võrkude andmete analüüs, et kontrollida tehnilise hindamisteguri (THT) korrelatsiooni võrkude tehnilise seisundiga.

Nagu eelmises osas mainitud, on võrgu soojuskadusid qhl (W) võimalik arvutada valemi (5.4) abil. Sellest valemist järeldub, et soojuskadu kaugküttevõrkudes sõltub järgmistest parameetritest:

• võrgus üle kantava soojuse maht: tänapäeval kasutatavate isolatsioonimaterjalide korral on soojuskadu DN 300 ja väiksemate torude paari juhul 0,100–0,350 W/(m∙K);
• võrgu temperatuurigraafik: temperatuuri taseme langus kaugküttevõrgus toob kaasa soojuskadude vähenemise, mis tuleneb madalamast temperatuuri gradiendist kaugküttevõrgu ja väliskeskkonna vahel. Võrgu temperatuurigraafiku langetamine on üks lihtsamaid võimalusi võrgukadude vähendamiseks, juhul kui pole hüdraulilisi probleeme ja tarbijate soojussõlmed suudavad töötada madalamate parameetritega ning edastada vajaliku soojuse maja küttesüsteemi. Madalam võrgutemperatuur mõjutab positiivselt ka soojuse tootmist;
• kaugküttevõrgu geomeetrilised dimensioonid või kaugküttevõrgu piirkonna iseärasused: soojuskadu kaugküttevõrkudes sõltub võrgu keskmisest läbimõõdust ja pikkusest, mis omakorda sõltub võrgu asukoha poolt seatud tingimustest. Kui muud parameetrid kahes kaugküttevõrgus on samad, on väiksema keskmise läbimõõduga ja lühema pikkusega võrgul väiksem soojuskadu.

Lisaks mõjutavad soojuskadusid võrgus veel küttevee ja toruseina vaheline soojusülekandetegur, toruseina materjal, soojusülekanne torult pinnasele, mis sõltub enamasti pinnase niiskusesisaldusest, torude omavaheline kaugus ja tuule kiirus väliskeskkonnas. Saame esitada suhtelise soojuskao järgmiselt (5.9):

See näitab, et suhteline soojuskadu sõltub ka soojustarbimisest võrgu pikkuse kohta. Mõni ülalmainitud parameeter mõjutab soojuskadu vähem ja selle võib tähelepanuta jätta, mõned on kõigi võrkude puhul peaaegu ühesugused, kuid enamikku neist tuleks võrgu tõhususe arvutamisel ja võrkude võrdlemisel siiski arvesse võtta.

Kõigi parameetrite koondteguriks kombineerimisel võib võrgu soojuskao kirjeldamisel õige parameetrina kasutada üldist soojusülekandetegurit K [W/(m2∙K)] (efektiivne keskmine soojusülekandetegur). Valem soojusülekandeteguri arvutamiseks on üldjuhul järgmine (5.10):

Arvutamise lihtsustamiseks ja toru isolatsioonimaterjali ning paksuse parameetrite võrrandisse mittelisamiseks kasutatakse siin torustiku efektiivset keskmist siseläbimõõtu. Üldiselt on kõik arvutamiseks vajalikud andmed saadaval iga kaugküttevõrgu kohta. Keskmise läbimõõdu asemel võib kasutada efektiivset keskmist nimiläbimõõtu (DN). Siiski tuleks arvestada veaga kuni 11% sõltuvalt toru läbimõõdust ja seina paksusest.

Kaugküttevõrkude võrdlemine ainult soojusülekandeteguri abil ei anna piisavat tulemust: suurema keskmise läbimõõduga võrkudel on väiksem soojusülekandetegur, kuna võrgu pindala ja tarnitud energia suhe on väiksem. Seetõttu tuleks koos soojusülekandeteguriga K arvestada ka võrgu keskmist läbimõõtu.

Kõrge kvaliteediga tehnilisteks tingimusteks loetakse standardi EN13941 kohaselt 2. klassi isoleeritud torusid, mis asuvad vähemalt 0,5 m sügavusel pinnases. Madala kvaliteediga tehnilised tingimused on määratletud kui 50 mm mineraalvillaga isoleeritud torud vanades betoonkünades.

Soojusülekandeteguri erinevus kvaliteetsete ja madala kvaliteediga tehniliste tingimuste korral on kujutatud joonisel 5.2. Mitmed uuringud kinnitavad, et soojusülekandeteguri erinevus uue ja vana isolatsiooni vahel on ligikaudu kolmekordne. Geomeetriliselt erinevate võrkude võrdsetel alustel võrdlemiseks tuleks soojusülekandetegurit võrrelda samal ajal ka võrgu keskmise läbimõõduga.

Joonise 5.2 põhjal saab tuletada valemid nii uue kui vana torustiku soojusülekandeteguri määramiseks.

Vana, betoonkünades mineraalvillaga isoleeritud torustiku puhul kehtib soojusülekandeteguri Klow [W/(m2∙K)] leidmiseks valem (5.11):

Uute, eelisoleeritud torude jaoks saab soojusülekandeteguri Khigh [W/(m2∙K)] leida valemi (5.12) abil:

Võrgu renoveerimispotentsiaali või tehnilise hindamise teguri (THT) paremaks väljendamiseks võib kasutada protsentuaalset skaalat:

• kui THT = 0%, tähendab see, et võrgul puudub renoveerimispotentsiaal ja võrgu soojusülekandetegur on sama, mis sama siseläbimõõduga eelsoojustatud torude puhul;
• kui THT = 100%, tähendab see, et võrk on samas seisukorras kui madala kvaliteediga võrk;
• kui THT > 100%, vastab võrk kõrgemale soojusülekandetegurile kui madala kvaliteediga toru korral. See võib olla märk vajadusest kaaluda kaugküttevõrgu sulgemist soojuse liiga madala tarbimistiheduse tõttu.

Eespool nimetatud eelduste põhjal saab kaugküttevõrkude tehnilise hindamise tegurit väljendada järgmiselt (5.13):

Teguri valideerimisel analüüsiti 16 erineva geomeetriaga Eesti kaugküttevõrku, mille pikkused varieerusid 370 meetrist 427 kilomeetrini. Kõikidel vaadeldud juhtudel on võrgu keskmine vanus üle 15 aasta ja võrk paikneb enamasti kanalis. Vaadeldud kaugküttevõrkude andmed on esitatud tabelis 5.1.

Tabel 5.1. Vaadeldud kaugküttevõrkude andmed

Nr	Keskmine läbimõõt (m)	Kraad-tunnid (K·h)	Soojuse tarbimistihedus (MWh/m)	Soojus-ülekande tegur (W/m2K)	Suhte-line kadu (%)	THT   (%)
1	0,224	498 181	3,59	1,05	17,0	77
2	0,294	512 416	4,16	1,03	19,0	85
3	0,188	470 762	3,50	1,04	14,2	70
4	0,199	498 137	3,79	1,17	16,1	84
5	0,306	510 577	1,93	1,01	33,8	85
6	0,150	455 520	2,62	1,17	16,1	73
7	0,123	451 140	2,86	1,37	14,3	83
8	0,088	397 536	2,17	2,07	17,4	125
9	0,073	401 472	1,78	2,13	18,0	119
10	0,084	432 960	1,68	2,49	25,3	155
11	0,166	472 320	2,09	1,13	21,0	74
12	0,082	445 300	2,36	1,96	16,0	113
13	0,089	615 500	1,74	1,38	21,4	70
14	0,065	476 256	3,18	0,82	4,8	17
15	0,140	520 000	2,90	0,70	10,0	30
16	0,100	471 139	3,32	0,96	7,8	41

Vaadeldud kaugküttevõrgud on võimalik jagada kolme gruppi:

• võrkudel nr 8–10 ja 12 on eelisoleeritud torude osakaal väiksem kui 10% ja kanalites paiknevate torude isolatsiooni seisukord on halb;
• võrkudes nr 1–7, 11 ja 13 on 25–35% torustikust eelisoleeritud ning ka ülejäänud isolatsioonitingimused on suhteliselt head;
• võrgud nr 14 ja 6 koosnevad 80–100% ulatuses kuni 10 aasta vanustest eelisoleeritud torudest. Võrdlusena on lisatud võrk nr 15, mis on keskmine Rootsi kaugküttevõrk.

Arvutustulemused kinnitavad, et enamikul analüüsitud võrkudel on kõrge soojusülekandetegur, mis on lähedal madala kvaliteediga võrkude võrdlusjoonele. Mõnes väikeses võrgus on soojusülekandetegur K isegi kõrgem kui madala kvaliteediga võrgu võrdlusjoonel; seda seletab asjaolu, et väiksemate rahaliste võimaluste tõttu on tingimused võrgu renoveerimiseks väga halvad. Need võrgud vajavad suuremat tähelepanu ja soojustuse renoveerimistööd tuleb teha niipea kui võimalik. Suuremates võrkudes moodustavad eelisoleeritud torud tavaliselt umbes 30% torustikust, kuid parendamise potentsiaal on ka seal endiselt suur. Suurema keskmise läbimõõduga võrkudel on pikad soojustrassid soojuselektrijaamadest tarbijateni ja vaatamata sellele, et mõne võrguosa suhteline soojuskadu ületab 30%, võiks seda pidada tühiseks.

Sellest saab järeldada, et keskmise soojusülekandeteguri ja keskmise läbimõõdu abil kaugküttevõrgu isolatsiooni kvaliteedi hindamine ning THT abil võrgu soojusülekande võrdlemine on asjakohane. Kirjeldatud metoodika nõuab täiendavaid arvutusi kaugküttevõrkude järgmiste juhtumite jaoks:

• maapealsete kaugküttevõrkude puhul ei ole soojusülekandes arvestatud tuule, päikese ja sademete mõju (konvektsioonsoojusülekanne), kuna võrdlusjooned ei ole nende juhtumite jaoks sobivad;
• võrgustikud, kus pinnase parameetrid mõjutavad niiskuse tõttu soojusülekannet: märja pinnase korral peaksid võrdlusjooned olema kõrgemad, kuna toru välispinnalt on pinnasele suurem soojusülekanne;
• keerulised võrgud, kus kasutatakse rohkem kui kahte paralleelset toru või kus toru läbimõõt on peale- ja tagasivoolutorude jaoks erinev, tuleks võrgu pikkuse asemel arvestada torude summaarse pikkusega.

Eelisoleeritud torude korral on erinevus erinevate isolatsiooniklasside ja üksik- või kaksiktorude vahel liiga väike ja seda ei saa THT arvutamisel arvesse võtta. Õige tulemuse saamiseks on oluline pöörata tähelepanu keskmise läbimõõdu ja võrgu temperatuuri andmetele. Enamasti peaks olema saadaval piisavalt andmeid torude geomeetria kohta ja temperatuuri arvutamiseks tuleks analüüsida nii erinevate võrgupunktide SCADA andmeid kui ka välisõhu temperatuuri. Eriti paljude torudega võrkude korral, mis asuvad majade keldrites, näiteks transiitvõrkude puhul, tuleks võrgu temperatuuritase täpsemini arvutada.

Koostatud metoodikast võib järeldada, et kõige olulisemad tegurid on:

• võrgu temperatuuritase;
• isolatsiooni soojusülekandetegur;
• võrgu keskmine läbimõõt ja pikkus.

Arvutuste tulemusena leiti, et võrgu isolatsiooni kvaliteedi analüüsil ja võrkude tõhususe võrdlemisel on sobivaimaks teguriks võrgu üldine soojusülekandetegur, mis sõltub toru geomeetriast ja seetõttu tuleks seda kasutada samaaegselt võrdlusvõrgu keskmise läbimõõduga. Pealegi tuleks toru ja isolatsioonimaterjali omaduste ning paksuse välistamiseks kasutada keskmist siseläbimõõtu.

Võrkude paremaks võrdlemiseks pakub koostatud metoodika välja tehnilise hindamise teguri (THT). Eespool toodud näites arvutati THT 16 võrgu jaoks, mille isoleeritud torude osakaal oli erinev.

Kokkuvõttes võib öelda, et suhteline soojuskadu ei ole võrgu hindamisel õige tegur, sest see sõltub paljudest muudest parameetritest ja suure suhtelise kaoga võrgu isolatsioon võib hästi toimida ning vastupidi. Võrkude korral, kus märkimisväärne kogus torusid pole maa sees, on THT arvutamiseks vaja täiendavaid parandustegureid.

5.5 Soojusvõrgu planeerimine ja arendamine

Uue võrgu ehitus või olemasoleva võrgu arendamine – mõlemad on keerulised planeerimisülesanded. Ei ole võimalik anda kindla retsepti, kuidas mitte teha vigu võrgu arendamisel, sest iga võrk on unikaalne ning arendamist mõjutavad nii tehnilised faktorid kui ka iga riigi või piirkonna seadused, määrkused, kombed, eesmärgid. Altpoolt leiab lugeja üldised juhised, millega peab arvestama võrgu planeerimisel, kuid tulenevalt teema keerulisusest ei ole nimekiri lõplik ning tuleb arvestada iga piirkonna eripäraga.

Soojusvõrgu arendamisel nullist on vaja planeerida eelduslikud magistraalid, soojusallikad, tarbijapiirkonnad. Suures võrgus mängib olulist rolli ka linna reljeef – tulenevalt sellest tuleb planeerida täiendavad võrgupumbad, lahutada võrku soojusvahetite abil või jagada kogu võrk mitmeks piirkonnaks. Suures plaanis on vaja otsustada, kas magistraalid on ringistatud ja tagatud suurem töökindlus või toimub linna soojusvarustus läbi ühe magistraali, mis tähendab väiksemat ehituskulu ja väiksemaid soojuskadusid. Pikaajaliste plaanidega tuleb alati olla ettevaatlik ning koguda võimalikult palju informatsiooni erinevatest allikatest – aga ka see ei taga, et tulevikus läheb kõik plaani järgi. Näiteks Tallinna võrgus olid Lasnamäe piirkonna magistraalid selgelt üledimensioneeritud: oli plaanitud suur areng Kadrioru piirkonnas, kuid ENSV kokkukukkumisega kogu areng peatus. Üledimensioneeritud magistraalid said piisava koormuse alles tänapäeval, aga ka seda pigem võrgu kasutamise optimeerimise tõttu.

Iga soojusvõrgu olulisim osa on tarbija, seega mida rohkem informatsiooni on tulevase tarbija kohta olemas, seda lihtsam on leida, kuidas tarbija ühendada. Tarbija liitumisel on eelkõige vaja teada, milline on tema maksimaalne tarbimiskoormus, kas tegemist on küttega ning mis tüübiga (radiaator, põrandaküte või ventilatsioon) või sooja vee tarbimise koormusega – lähtudes sellest on võimalik teada saada, milline pealevoolu temperatuur peab olema tagatud tarbija juures, kui palju koormus ajas muutub ning milline on maksimaalne koormus. Lähtudes sellest, on võimalik teha tarbija ühendamiseks toru läbimõõdu arvutus.

Kui liitumas oleva tarbija tehnilised parameetrid on olemas, siis toru valikul peab meeles pidama ka perspektiivi: toru eluiga on vähemalt 20–30 aastat ning selle ümberehitamine seoses täiendava kliendi tulekuga ei ole majanduslikult põhjendatud. Toru valiku tegemisel on vaja arvesse võtta, kas piirkonnas on veel kliente, kes tahavad liituda; kas piirkonda tulekus ehitatakse hooneid; võimalik, et piirkonnas on oodata hoopis heitsoojuse allikat. Kui areng peaks toimuma alles 15 aasta pärast, siis praegu varuga paigaldatud suurem toru põhjustab suuremaid kadusid ning on võimalik, et toru ümberehitus on tulevikus põhjendatud.

Võrgus võivad tekkida kliendid, kes vajavad erilisi tingimusi, näiteks haigla on väga tähtis objekt ning selle varustamine soojusega igal ajahetkel on äärmisel oluline. Selleks et tagada kaugküttevõrgu toimimise kindlus, on äärmiselt soovitatav arvestada kahepoolse toitega või võrgu ringistamisega. Tihti nähakse elutähtsa objekti puhul ette ka võimalus ühendada transporditavat katlamaja.

Võrgus võib olla ka kliente, kelle soojustarbimine ei ole tavapärane. Näiteks kaitseväe kasarmud suure tõenäosusega tarbivad väga suures koguses tarbevett hommikul ja õhtul, kuid päevane tarbimine võib olla tagasihoidlik – selliste tarbijate puhul on soovituslik paigaldada soojussõlme akumulatsioonipaak. Sarnase eripäraga võivad olla näiteks köögid või saunad. Mõne kõrghoone soojussõlmed võivad asuda hoone 10. korrusel või veel kõrgemal – sel juhul on vaja lahendada staatilise rõhu probleem kas täiendavate pumpade abil või ehitades täiendava sõlme, et eraldada hoone hüdrauliliselt soojusvaheti abil.

5.6 Enesekontrolli küsimused

1. Millised tingimused peavad olema täidetud, et toimuks soojuse edastamine tootjalt tarbijale?
2. Mis tingimused avaldavad mõju kaugküttevõrgu soojuskadudele?
3. Mis tegurid määravad pealevoolu temperatuuri kaugküttes?
4. Milliseid isolatsioonimaterjale kasutatakse kaugküttetorude soojuskadude vähendamiseks?
5. Kuidas hinnata kaugküttevõrgu tehnilise hindamisteguri abil kaugküttevõrgu renoveerimispotentsiaali?