Katharina Karner Dynamische Simulation von Abkühlvorgängen in Nahwärmenetzen 17.02.2017
Inhalte Wärmeverluste Methodik Ergebnisse Schlussfolgerungen Rohrstatik Methodik Ergebnisse Schlussfolgerungen 2
Wie sehen die Rohrleitungen aus? Einzelrohrleitungen (ISOPLUS) Doppelrohrleitungen (ISOPLUS) 3
Methodik Einzelrohr Wärmeverluste Durchfluss 4
Methodik Doppelrohr Wärmeverluste Durchfluss 5
Ergebnisse - Einzelrohr Temperatur C DN 125 DN 32 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 21 41 61 81 101 121 141 161 Stunden Abkühlverhalten von Rohrleitungen mit unterschiedlichen Durchmessern (Jänner), VL-Temperatur 87 C, Verlegetiefe 0,80m, Außentemperatur: Realdaten im Bereich von -4,1 bis 3,5 C 6
Ergebnisse - Einzelrohr Abkühlverhalten von Rohrleitungen mit unterschiedlichen Durchmessern (August), VL-Temperatur 80 C, Verlegetiefe 0,80m, Außentemperatur: Realdaten im Bereich von 11,2 bis 24,8 C 7
Ergebnisse - Doppelrohr Abkühlverhalten eines Doppelrohres (Jänner), VL-Temperatur 80 C, RL-Temperatur 50 C, Verlegetiefe 0,80m, Außentemperatur: Realdaten im Bereich von -2,8 bis 7,1 C 8
Schlussfolgerungen Wärmeverlust Einflussfaktoren auf das Abkühlverhalten Art der Rohrleitungen Durchmesser Material Verlegetiefe Betriebs- und Außentemperatur Abbildung des Auskühlverhaltens von Rohrleitungen mit hinreichender Genauigkeit möglich Doppelrohr: Abbildung von komplexen Wärmeübertragungs- und Wärmeverlustmechanismen möglich Teil der Wärmeverluste bleibt im System Wärmeverschiebung von der Vorlauf- zur Rücklaufleitung 9
Methodik Berechnung Spannungen E S E-Modul Stahl α Längenausdehnungskoeff. T V Vorspanntemperatur T K Temperatur Erdreich σσ = EE SS αα TT VV TT KK (TT BB TT KK ) T B Betriebstemperatur Zugspannung Druckspannung 10
Methodik Dauerfestigkeit Je nach Quelle wird eine Dauerfestigkeit für Zug- Wechselbeanspruchung von 150-170 N/mm² angegeben. Definition Dauerfestigkeit: 10 7 Lastspiele T-Flex Betrieb:10 4 Lastspiele 11
Ergebnisse Vollkompensation: Best-Case Betrachtung Fixpunkt-Loslager-Kompensation Vollständige Kompensation bzw. ungehinderte Dehnung Es treten keine thermisch induzierten Spannungen auf Derartige Leitungskonstruktionen sind eher im Bereich der Infrastrukturleitungen zu finden Kollektorgänge 12
Kollektorgang 13
Ergebnisse T-Flex Betrieb Direkt erdverlegte Rohrleitungen: Worst-Case Betrachtung Keine Kompensation Dehnungsbehinderung Auftreten von Spannungen Winter Frühling Sommer Herbst σ [N/mm²] VL RL VL RL VL RL VL RL 2x DN 80-26 / 177 40 / 177-20 / 156 40 / 156-33 / 130 40 / 130-26 / 155 40 / 155 2x DN 65-27 / 177 40 / 177-22 / 156 40 / 156-36 / 130 40 / 130-27 / 156 40 / 156 DN 125-42 / 143 50 / 150-38 / 124 52 / 133-27 / 107 43 / 113-38 / 128 40 / 135 DN 32-40 / 159 50 / 159-37 / 139 52 / 139-26 / 119 43 / 119-37 / 143 41 / 143 14
Ergebnisse Temperatur Sigma Temperatur C 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 140 120 100 80 60 40 20 0-20 -40-60 1 21 41 61 81 101 121 141 161 181 201 Stunden Sigma N/mm² Spannungsverlauf eines Rohres während des Abkühlvorganges (August), Temperatur 80 C, Verlegetiefe 0,80m, Vorspanntemperatur 70 C, Außentemperatur: Realdaten im Bereich von 11,2 bis 24,8 C 15
Schlussfolgerungen Einflüsse: Verlegetemperatur / Vorspanntemperatur Thermische Vorspannung essentiell Reduktion der Vorspanntemperatur Reduziert die auftretenden Spannungen Vollkompensierte Rohrleitungen T-Flex Betrieb möglich Direkt erdverlegte Rohrleitungen T-Flex Betrieb möglich Für RL-Leitungen absolut kein Problem Für VL-Leitungen im Bereich 150-170 N/mm², da aber keine echte Wechselbeanspruchung vorliegt ist der T-Flex Betrieb auch hier möglich 16