Lämmönsiirtimen mitoitustyökalu

Lappeen annan eknillinen yliopis o School o Ene gy Sys ems Ene gia ekniikan koulu usohjelma BH10A0202 Ene gia ekniikan kandidaa in yö Kandidaa in yö Lämmönsii imen mi oi us yökalu Työn a kas aja: Pe e i Pel ola Työn ohjaaja: Pe e i Pel ola Lappeen an a 26.3.2018 Joonas Lai ila TIIVISTELMÄ Opiskelijan nimi: Joonas Lai ila School o Ene gy Sys ems Ene gia ekniikan koulu usohjelma Opinnäy e yön ohjaaja: Pe e i Pel ola Kandidaa in yö 2018 Nume oi uja si uja 35, 10 ku aa, 4 aulukkoa, 29 yh älöä ja 4 lii e ä. Hakusana : lämmönsii o, lämmönsii in, mi oi us yökalu Tämä kandidaa in yö on eh y UPM Kymmenen -y i ykselle. Työssä py i ään mää i ämään UPM Te asaa en pape i eh aan leijuke oska ilan hönkälauhdu imen oimin a osana ka ilan ajop osessia. Hönkälauhdu in a a ioidaan sille ehdyillä mi auksilla, jo ka pohjau ui a lämmön sii ymisen ysikaalisiin ilmiöihin. Ta kas elun pohjal a ehdään joh opää öksiä ja pää elyi ä koskien kyseisen lauhdu imen ko aus a e a. Työssä ehdään lämmönsii imen mi oi us yökalu, jo a oidaan hyödyn ää uuden lämmönsii imen alinnan helpo amiseksi, UPM:n pa ame ien mukaises i. SISÄLLYS Symboli- ja lyhennelue elo 4 1 Johdan o 7 2 Lämmönsii on eo ia 8 2.1 Lämmönsii omekanismi .......................................................................... 8 2.2 Lämmönsii in en mi oi usmene elmä ..................................................... 9 3 Lämmönsii in en oimin ape iaa e 11 3.1 Lämmönsii ime ..................................................................................... 11 3.2 Syö ö esisäiliön hönkä ........................................................................... 13 4 Lämmönsii imen mi aukse 15 4.1 Tehdy mi aukse .................................................................................... 15 4.2 Fluidien lämpö ilalasken a ...................................................................... 20 4.3 Mi aus en joh opää ökse ........................................................................ 24 5 Lämmönsii imen mi oi usyökalu 26 5.1 Työkalun käy öohjee ............................................................................. 26 5.2 Ta i a a mi a iedo ............................................................................. 27 5.3 Mi oi uslasken a ...................................................................................... 28 6 Yh een e o 34 Lähdelue elo 37 Lii e 1. Lisä eden massa i a 38 Lii e 2. Lisä eden lämpö ilami aukse 39 Lii e 3. Hönkähöy yn massa i a sy e-säiliöön 40 Lii e 4. Hönkähöy yn lämpö ilami aukse 41 SYMBOLI- JA LYHENNELUETTELO Roomalaise aakkose A pin a-ala [m2] C kaasun liukeneminen/lämpökapasi ee i [mL gas/L; W/K] d halkaisija [m] D halkaisija [m] F ko jaus e mi [-] G massa uo [kg/m2/s] H hin a [€ ai €/MWh] h kon ek ii inen lämmönsii oke oin [W/(m2K)] i en alpia [kJ/kg] k lämmönjoh a uus [W/mK] l pi uus [m] 𝑚󰇗 massa i a [kg/s] N lukumää ä [kpl] P eho/pii i [MW; m] p paine [kPa; ba ] q lämpö i a [MW] Q lämpö eho [MWh] R e minen as us [m2K/W] säde [m] T lämpö ila [K; ℃] aika [h] U lämmönläpäisyluku [W/(m2K)] K eikkalaise aakkose  dynaaminen iskosi ee i [Pas]  e ek ii isyys [-] Dimensio oma lu u Re Reynoldsin luku P P and lin luku Nu Nussel in luku Alaindeksi aisi uos uma on e äs aisi 304 lpa le yn paksuus c kylmä lpi le yn pi uus co kylmä ulos ulossa m myö ä i a ci kylmä sisään ulossa o ulkopuoli luidikoh ainen/likake oin p paksuus/pu ki gas kaasu p pu ki ja aippa ls h hyd aulinen/kuuma ako h/c kuuma/kylmä apaus s pin a/höy yä ho kuuma ulos ulossa o kokonais hi kuuma sisään ulossa mh akaisinmaksu [h] in ,2 ympä is ö 2 ak i ausala kana assa k ka ila/kana a as a i a l nes e ä/lämpö 1 sisä le y le y lämmönsii in 2 ulko ll le yn le eys ∞1 ympä is ö lm loga i minen ∞2 ympä is ö 2 loss hä iö Lyhen ee DN pu kihalkaisija NTU numbe o ans e uni s LS lämmönsii in SYVE syö ö esisäiliö LMTD loga i hmic mean empe a u e di e ence 7 1 JOHDANTO Tässä kandidaa in yössä käsi ellään UPM:n Te asaa en pape i eh aan höy yn ja lämmön uo an oon käy e ä än leijuke oska ilan hönkälauhdu in a ja sen mahdollis a ko aamis a mi auslöydöksiin pe us uen. Te asaa en oimalai oksen eh ä ä on uo aa höy yä pape ikoneille, ehdä hieman sähköä ja koko Valkeakosken kaukolämpö. Työ koos uu eh aalla ehdyis ä mi auksis a, lyhyes ä eo iapohjus ukses a, mi aus ulos en a ioinnis a sekä mi oi usosios a, jossa sel i e ään UPM:n a oi ee huomioon o aen, millaisia muu oksia nykyiseen lauhdu imeen olisi mahdollis a ehdä sen pa an amiseksi. Työn pohjana on lämmönsii imen eli ässä apauksessa lauhdu imen oimin a osana ka ilap osessia. Onnis uneen yön pe us eella UPM pys yy ekemään ja ko oimenpi ei ä nykyiselle lauhdu imelle ai ähin äänkin on ie oinen lauhdu imen oiminnas a pe us eellisemmin, kuin ennen kandidaa in yö ä. Saa a illa ole an konk ee isen iedon mää ä lauhdu imes a oli ajallinen, mikä joh aa mielenkiin oiseen, mu a haas a aan u kimusase elmaan. Mi auksien ja lauhdu imen oiminnan a ioinnin kannal a keskeisimmiksi kysymyksiksi nouse a lauhdu imen i ausaineiden olomuodo , sekä olomuo ojen aiku ukse ka ilap osessiin ennen ja jälkeen lauhdu imen. Saa a illa ole ien ie ojen pe us eella ei esime kiksi ole äy ä a muu a hönkähöy yn olomuodos a, sillä on mahdollis a, e ä sen aasi on nes e. Tällöin lauhdu in ei lauhdu aisi mi ään, aan oimisi yypillisen lämmönsii imen a oin. Kandidaa in yö sisäl ää e i epä a muus ekijöiden pohdin aa sekä pohdinnan loppu uloksia ja sen pe us eella eh yjä hypo eeseja. Työssä kehi e ään excel-pohjainen mi oi us yökalu lämmönsii imille, joka mahdollis aa hypo eesien eon ja lämmönsii op osessin a kkailun, sillä yön ede essä huoma aan, e ä suo a lämmönsii imen mi oi us ei ole mahdollinen. 8 2 LÄMMÖNSIIRRON TEORIA Tässä kappaleessa esi e ään lämmönsii omekanismi , sekä lämmönsii in en mi oi amismene elmä . 2.1 Lämmönsii omekanismi Lämmön sii yminen pe us uu e modynamiikan nollan een pääsään öön, jonka mukaan lämpöä oi sii yä kuumas a ila uudes a kylmään, kunhan ilojen älillä alli see lämpö ilae o. (Inc ope a, 2011, s.2) Lämpö ilae o py ki ä siis aina asoi umaan. Lämmön sii yminen oi apah ua kolmella a alla; kon ek iolla, joh umalla ja sä eilyllä. Todellisuudessa lämpö ilae ojen asoi uminen apah uu kaikilla kolmella a alla yh äaikaises i. (Bacon, 1989) Lämmönsii olaskuissa on kui enkin yypillis ä idealisoida lasku ilanne a esime kiksi jä ämällä sä eilylämmönsii o huomioima a, sen ollessa hy in pieni suh eessa kon ek ioon ja joh umiseen ilan ees a iippuen. Joh umis a apah uu kahden e i lämpöisen molekyylin eagoidessa keskenään kaasussa, nes eesä ai kiin eässä aineessa. (Bacon, 1989) Joh uminen on me ki ä in ä kiin eissä aineissa, sillä ne omaa a usein aaseis a ko keimman molekyyli iheyden. Täs ä joh uen esime kiksi ilma on hy ä e is e, eli se ei johda hy in lämpöä, kun aas me alli joh aa lämpöä e i äin hy in. Kon ek iolla a koi e aan luidin liike ä molekyyli asolla, joka joh aa ene gian-, massan- ja momen in sii ymiseen. (Bacon, 1989) Molekyylien liike ä ku su aan mak oskooppiseksi liikkeeksi. Mikäli liike on sa uman a ais a ja aineelle ominais a, puhu aan di uusios a. (Inc ope a, 2011) Kon ek io a apah uu esime kiksi lämpimän ikkunalasin pinnas a kylmempään ulkoilmaan. Sä eilylämmönsii olla a koi e aan lämpösä eilyä, jo a jokin pin a sä eilee eli emi oi i ses ään, kun sen lämpö ila poikkeaa nollas a. Lämpösä eilyä oi apah ua myös nes ees ä ja kaasus a, mu a se on suu in a kiin eis ä aineis a. Lämpösä eily kulkee 9 o onien äli yksellä, eli sähkömagnee isen aal ojen mukana. Aallo e ene ä pa hai en yhjiössä, äs ä joh uen sä eilylämmönsii o on ehokkain a yhjiössä. Lämpösä eily on alkujaan aineeseen si ou unees a ene gias a. (Inc ope a, 2011) 2.2 Lämmönsii in en mi oi usmene elmä Lämmönsii imiä mi oi e aan e i eollisuuden p osessi ilan eisiin, missä käy e ä ä luidi aih ele a , ku en myös näiden ominaisa o . E enkin lämpö ila , i auskäy äy yminen, paine ja suu uusluokka o a lämmönsii imen mi oi amiselle k ii isiä a oja. Laskennallisen lämmönsii imen mi oi amisen kaksi yleisin ä apaa o a LMTD- ja  - NTU-mene elmä. Tämän kandidaa in yön mi oi us yökalu hyödyn ää näis ä ensimmäis ä, mu a yö olisi oi u ehdä myös  -NTU-mene elmällä. LMTD-mene elmään päädy iin selkeämmän lämpö ila-ase elman uoksi. LMTD-lyhenne ulee sanois a loga i hmic mean empe a u e di e ence, joka suomenne una a koi aa loga i mises i muu u aa lämpö ilae oa lämmönsii imessä. LMTD-mene elmässä laske aan kyseinen muu u a lämpö ilae o lämmönsii imen yli, kun lämpö ila sii imelle on iedossa ja halu u ulos ulolämpö ila iede ään. Lämpö ilae on lasken a aih elee, iippuen mi oi e a an lämmönsii imen i auskon igu aa ios a, eli onko sii in is i-, as a- ai myö ä i a lämmönsii in. Halu un lämmönläpäisylu un U ja loga i misen lämpö ilae on  Tlm a ulla pys y ään mää i ämään nämä o eu a a lämmönsii opin a-ala Als ja edelleen lämmönsii imen eho q. LMTD-mene elmän yh älö pe usyh älö on (21). LMTD-mene elmän lasku löy y ä kappalees a 5.3. (Inc ope a, 2011)  -NTU-mene elmä (  =e ek ii isyys) on LMTD-mene elmään e a una a kempi ja huomioi e enkin luidi ilan een LMTD-mene elmää a kemmin. NTU-mene elmän e u on se, e ä mi oi us ilan eessa ei a i se ie ää mi oi us ilan een ulos ulolämpö iloja lämmönsii imes ä, jos näi ä ei iede äisi LMTD-me odia käy e äessä, päädy äisiin i e a ii iseen a kaisuun. 16 näemme i se lauhdu imen, jossa lisä eden ja sy e-säiliön höngän kulkusuunna on me ki y nuolilla. Ku a 5. UPM:n leijupe ika ilan hönkälauhdu in Lisä eden paine pys y iin lukemaan DNA:s a, mu a ämän massa i a osoi au ui haas eellisemmaksi, joh uen ka ilan ajop osessis a. Lisä eden mää ää syö ö esisäiliöön ohja aan se -poin –a olla, joka mää äy yy lie iön ulospuhalluksen mukaan. Ka ilan ajop osessi on kui enkin sellainen, e ä lisä eden a e on aika-ajoin nolla, eli lisä eden i aa ohjaa a au omaa inen en iili on äysin kiinni. Jo a lauhdu imelle menisi ähän e ä koko ajan, kyseinen en iili on ohi e u mekaanisella en iilillä, johon ei ole lii e y mi auslai eis oa, ämä aiheu aa p osessis a saa uihin mi aus uloksiin akiomuu oksen, jonka a ioiminen on haas eellis a. Ven iilin ohi us on näh ä issä ku assa 6, sisään ule an lisä eden lämpö ilami auspis een ie ellä. Lii ees ä 1 oidaan lukea en iilin aukiolon aikaise massa i a , jonka pe us eella pys ymme ekemään jonkinlaisia a ioi a ohi uksen massa i as a. Lii een ulokse o a uoden ajal a kuukausikoh aisina keskia oina. Lisä eden pu ke lauhdu imen ympä illä oli a ki kas a e äs ä, mi oil aan DN100. 17 Höy ypuolen, eli sy e-säiliön höngän, mi a-a o muodos i a lauhdu imen sopi uuden a ioinnin kannal a suu imman ongelman, mu a oisaal a a josi a mielenkiin oisia ja kokysymyksiä. Lisä eden ja höngän lämpö ila pys y iin mi aamaan Fluke- e mome illä (ku a 7) ain pu kien pin alämpö iloina, jois a edelleen laskemalla kappaleessa 4.2 saimme laskennallisen a on luidien lämpö iloille. Lämpö ilami auksia ki ja iin 30 minuu in älein 10 unnin ajan. Mi auspis ee sijai si a keskimää in 1 m e äisyydellä lauhdu imes a, osin sisään ule an lisä eden mi apis e sijai si 2 m kauempana joh uen pu kie is ykses ä. Mi apis ee on me ki y ku aan 6. Saadu ulokse oi lukea lii ees ä 2, jossa näkyy myös mi aushe ken massa i a au omaa i en iilissä. Ku a 6. Hönkälauhdu imelle eh yjen mi aus en mi apis ee 18 Ku a 7. Fluke 62 Mini IR The mome i, in apunalämpö ilami a i Höy ylle ei ollu saa a illa a kkoja a oja massa i ankaan suh een. Höy yn massa i a sy e-säiliöön pys y iin lukemaan DNA:s a, a o on aulukoi u lii eessä 3 kuukausikeskia oi ain. Kun höy y saapuu sy e-säiliöön, höy y kulkee sy e-säiliön eden läpi, jolloin suu i osa höy ys ä lauh uu e een lämmi äen ä ä. Lauh umisen mää ää on e i äin aikea a ioida, sillä a o aih elee säiliön oimi ajan an amien ii ea ojen mukaan. Näiden mi aus en apauksessa minkäänlaisia ii e a oja ei ollu a jolla säiliölle. Alan ki jallisuudes a löy yi ii eellinen a o yhdenlaiselle säiliölle, jonka pohjal a oi ehdä ka kei a a ioi a höy yn massa i alle. Vii ea ossa lauh een i a essa sy e-säiliöön 7-24 kg/s, hönkähöy yn massa i aksi lu a aan 0,5 kg/s (Myllä i, 2015, s.21). Höy ypuolen pu kidimensio oli a DN100 sisään ulossa ja DN50 ulos ulossa ma e iaalin ollessa ki kas a e äs ä. Lopuksi mi auksissa oli a koi us sel i ää kaikki mahdollinen saa a illa ole a in o maa io lauhdu imes a. UPM:n a kis ois a löy yi lauhdu imen pii us ukse sisäl äen lauhdu imen ulkoise dimensio , ku a 8. 19 Ku a 8. Vapo pl -s-1/2-300-1200 lämmönsii imen ulkoise dimensio Ulkois en dimensioiden lisäksi lauhdu imen ie okilpi an oi lai eelle joi ain yyppia oja. A o oi lukea ku as a 9 ai aulukos a 1. Näiden ie ojen lisäksi lauhdu imes a ei saa u muu a in o maa io a. Ta kemmalla sel i yksellä sel isi, e ä lauhdu imen aken anu ja asen anu y i ys Vapo Oy oli menny konku ssiin, ja ämän os anu Höy y ys Oy ei omannu mi ään lai e ie oja Vapo in aikaisis a lai eis a. 20 Ku a 9. Hönkälauhdu imen ie okilpi Taulukko 1. Hönkälauhdu imen ie okil en iedo Lauhdu imen almis us uosi 1996 a Suu in salli u käy öpaine 16/6 ba Ko kein salli u sisälämpö ila 150/250 ℃ Alin salli u sisälämpö ila 0 ℃ Teho 0,457 MW Tila uus 0,039/0,042 m3 4.2 Fluidien lämpö ilalasken a Kappaleessa 4.1 ode iin, e ä ainu saa a illa ole a lämpö ila ie o luideille oli ku an 7 e mome illä mää i e y pu ken pin alämpö ila, jossa luidi i asi. Tämän iedon a ulla 21 pys y ään laskemaan luidin lämpö ila mi auspis eessä, kun ka ilahuoneen lämpö ila iede ään. Mi auspis ee sijai si a noin me in e äisyydellä i se lauhdu imes a, jo en L=1m. Lasken a pe us uu ku an 10 ku aamaan e miseen pii iaja eluun, jossa lähde ään ka ilahuoneen lämpö ilan Tin ,2 kohdal a laskemaan akape in lämpö iloja aina pu ken sisällä i aa an luidin lämpö ilaan as i. UPM:n lauhdu imen apauksessa lämpö i a q kulkee aina i aa as a luidis a ka ilahuoneeseen päin, sillä i aa an luidin lämpö ila on aina suu empi kuin ka ilahuoneen lämpö ila. Ka ilahuoneen lämpö ila on 308 K, kun kylmimmän luidin, eli lauhdu imeen ule an lisä eden, lämpö ila on keskimää in 328 K. Esi iedo lasken aa a en on aulukoi u aulukkoon 2. Lasken a ehdään sisään ule an lisä eden apauksessa, jolloin L on poikkeuksellises i 3m. Ku a 10. Pu ken e minen pii iaja elu lämmönsii olle. (4) Taulukko 2. Fluidien lämpö ilojen laskennan esi ie o aulukko Mi a u lisä eden sisään ulopu ken pin alämpö ila (Ts,2) Tci,s K 313,14 Mi a u lisä eden ulos ulon pin alämpö ila (Ts,2) Tco,s K 330,2 22 Mi a u hönkä-höy yn sisään ulon pin alämpö ila (Ts,2) Thi,s K 364,85 Mi a u hönkä-höy yn ulos ulon pin alämpö ila (Ts,2) Tho,s K 331,15 DN100 pu ken sisäsäde 1 m 0,05415 DN100 pu ken ulkosäde 2 m 0,05715 DN50 pu ken sisäsäde 1 m 0,02715 DN50 pu ken ulkosäde 2 m 0,03015 Pu ken paksuus lp m 0,003 Ka ilahuoneen lämpö ila Tin ,2 K 308,15 Ilman kon ek iolämmönsii oke oin* h2 W/m2K 20 Vesihöy yn kon ek iolämmönsii oke oin* h1,s W/m2K 5000-10 000 Ki kkaan pu ki e äksen lämmön- joh a uus (ma web) k W/mK 16 Mi auspis een e äisyys lauhdu imes a L m 1 (Tsci apaus 3) Veden kon ek iolämmönsii o- ke oin* h1,l W/m2K 2500-4000 * (Ni sche, 2011, able 1.1) Lämpö i a kulkee pienene än lämpö ilan suun aan, e modynamiikan nollannen pääsäännön mukaan, eli lämpö ilae o py ki ä asoi umaan, eli ässä apauksessa pu ken sisäl ä i aa as a luidis a ka ilahuoneeseen päin. Jo a pu ken pin alämpö ilan a ulla saa aisiin luidin lämpö ila sel ille, ulee ensin laskea lämpö i a pu ken pinnal a ka ilahuoneeseen, sillä se on sama luidis a pu ken sisäpin aan ja pu kime allin lä i se s a ionää i ilassa. Koska kon ek ii isia lämmönsii oke oimia ei edelle ja höy ylle oida a kkaan laskea saa a illa ole illa iedoilla, laske aan luidin lämpö ila ke oimien ylä- ja ala ajalla. Ra kais aan lämpö i an yh älöllä (6). 23 𝑞 = ∆𝑇 𝑅𝑠2→∞ =(𝑇𝑠𝑐𝑖 −𝑇∞2)(ℎ22𝜋𝑟2𝐿)= (313,14 K − 308,15 K) ∙(20 W m2K∙2∙𝜋 ∙ 0,05715 m∙3m = 35,84 W (6) missä R e minen esis anssi [m2/K] q lämpö i a [W] T lämpö ila [K] h kon ek iolämmönsii oke oin [W/(m2K)] 2 pu ken ulkosäde [m] L mi auspis een e äisyys lauhdu imes a [m] Ny , kun lämpö i a iede ään, oidaan pu ken sisäpinnan lämpö ila laskea yh älöllä (6). Koska e minen as us ja lämpö ilae o muu u a , saa yh älö lausekkeen (7) osoi aman muodon. 𝑞 = ∆𝑇 𝑅𝑠1→𝑠2 ,𝑗𝑜𝑠𝑡𝑎 𝑇𝑠1 =𝑞𝑙𝑛(𝑟2 𝑟1) 2𝜋𝐿𝑘 +𝑇𝑠𝑐𝑖 =148,3 W∙ln0,05715 m 0,05415 2∙𝜋∙3 m∙16 W mK +313,14 K = 313,147 K(7) missä k lämmönjoh a uus [W/mK] Vas aa alla pe iaa eella lämpö i an yh älö (6) oidaan esi ää muodossa (8), jos a oidaan laskea luidin lopullinen lämpö ila. 𝑞 = 𝑇∞1−𝑇𝑠1 𝑅∞1→𝑠1 ,𝑗𝑜𝑠𝑡𝑎 𝑇∞1 = 𝑇𝑐𝑖 =𝑞 ℎ12𝜋𝑟1𝐿+𝑇𝑠1 =148,3 W 2500 W m2K∙2∙𝜋∙0,05415 m∙3 m + 313,147 𝐾 = 313,161 𝐾 (8) Edellä ollee lasku sijoi uksineen on laske u lisä eden sisään ule an lämpö ilan ja eden a oilla kon ek iolämmönsii oke oimen ala ajalla. Kaikkien sisään- ja ulos ule ien luidi i ojen laskennallise ulokse on aulukoi u aulukkoon 3 ala ajassa/ylä ajassa. Laskuissa ei huomioida sä eilylämmönsii oa. 24 Taulukko 3. Fluidin lämpö ila laskujen loppu ulokse Lisä eden lämpö ila sisään ulossa Tci K 313,161/313,156 Lisä eden lämpö ila ulos ulossa Tco K 330,43/330,36 Hönkähöy yn lämpö ila sisään ulossa Thi K 365,167/365,047 Hönkäpuolen lämpö ila ulos ulossa, jos e ä Thol K 331,385/331,308 Hönkäpuolen lämpö ila ulos ulossa, jos höy yä Thos K 331,282/331,231 4.3 Mi aus en joh opää ökse Mi aukse eh iin mahdollisuuksien pui eissa ilman maksullisia mi alai ei a ai öi ä. Tämä osal aan heijas uu eh ä ien mi aus en pä e yy een ja a kkuu een. Saaduis a uloksis a lämpö ilae o lauhdu imen yli sekä esi-, e ä höy ypuolella oidaan ole aa a koiksi, sillä mi a i hee o a sama molemmin puolin lauhdu in a, ja lämpö ilae o ei o a kan aa alku- ai loppulämpö ilan äsmällisyy een. Myös Me so DNA:s a saa uja mi a- a oja oidaan pi ää a kkoina. Tämä pi ää sisällään sy e-säiliön lämpö ilan ja paineen, sekä lisä eden paineen. Myöskin massa i a lisä edelle au omaa i en iilin kohdalla, sekä höy yn massa i a ennen sy e-säiliö ä, o a ähin äänkin ii ä än a kkoja uloksia. Siinä missä a kkoja a oja ja mi a uloksia on ähän, on epä a kkoja ja puu u ia ie oja paljon. Massa i ojen a o o a lähinnä alis unei a a auksia, ja i se lauhdu imen sisällös ä ei ole mi ään ie oa. Fluidien lämpö ila saadaan laske uksi, osin laske uihin uloksiin oidaan ole aa 2 °C i he, sillä a ojen saamiseksi ulisi luidien kon ek iolämmönsii oke oin ie ää a kas i. Joh uen mi a is a epä a muuksis a lauhdu imen suh een, oli a mi aus ulokse enemmän eo iapohjaisia, kuin laskennallisia. ℎ = 𝑁𝑢𝐷𝑘 𝐷 (9) missä NuD Nussel in nume o [-] D pu kihalkaisija [m] h kon ek iolämmönsii oke oin [W/(m2K)] 25 Kon ek iolämmönsii oke oimen yh älössä (9) esiin y ä Nussel in luku mää i ellään apauskoh aises i e i ko elaa ioi a hyödyn äen. Koska Nussel on Reynoldsin ja P and lin lu un unk io (Nu= (Re,P )), jo ka edelleen o a iippu aisia muun muassa luidin i ausnopeudes a, iskosi ee is a ja lämpö ilas a, jois a e enkin i ausnopeus on massa i as a joh uen haas a a a ioida, on lämmönsii oke oin laskuissa a io odellises a a os a. Vaikka lämpö ilami auksissa on i he ä, o a ulokse kui enkin ii ä än a kkoja o amaan kan aa luidien aaseihin. Mielenkiin oisimmaksi ulokseksi osoi au ui höy ypuolen aasi . Mi aus en ja edelleen laskujen loppu ulos en pe us eella kuuman luidin lämpö ila lauhdu imen jälkeen on selkeäs i alle 100°C, joka on myös eden sa u aa iolämpö ila ilmanpaineessa. Mikäli lauhdu in ole e aisiin äysin painehä iö ömäksi (mi ä se ei ole) olisi höy ypuolen 2 ba paineessa sa u aa iolämpö ila eden h,s-pii okses a 120,21°C. Tällöin luidin aasi olisi selkeäs i nes e. Mikäli laske u lämpö ila 58,1°C ole e aisiin höy yn lämpö ilaksi, eikä eden, aa isi se selkeän alipaineen, jonka odis aminen aa isi pe us eellis a lauhdu imen ja ämän jälkeisen pu kis on a kas us a. Vaadi u paine olisi eden h,s-pii oksen mukaan 0,183 ba . Tämän lisäksi, kuuman luidin lämpö ilaksi ennen lauhdu in a saa iin 92 °C, joka on myös alle sa u aa iolämpö ilan. Tämä loppu ulos on e i äin omi uinen, sillä sy e-säiliössä alli see 133 °C lämpö ila, ja oisi ole aa, e ä luidin lämpö ila ase uisi hy in lähelle ä ä a oa. Kaikki ulokse ii aa a siihen, e ä hönkähöy y lauh uu lauhdu imessa selkeäs i edeksi. Tämän uloksen a oi uksellisuu a ko os aa se, e ä mi aus en yh eydessä ka ilan ka ol a, lauhdu imen ulos ulopu kes a, uli esihöy yä. Lauhdu imen ku as a 5, huomaamme lauhdu imes a läh e än lauhdepu ken, joka on halkaisijal aan e i äin pieni. Laskennan pohjal a on helppo spekuloida, e ä lauhdepu kea pi kin i aa maksimaalinen mää ä lauhde a, mu a on hy ä poh ia ii ääkö ämä i auksen mää ä, eli onko pu ki ii ä än iso. On mahdollis a, e ä lauhdu imen jälkeinen pu ki sisäl äisi huoma a iakin mää iä e ä, sen koho essa koh i ka ilan ka oa. Se pi ääkö ämä paikkansa aa ii lisä u kimuksia ja mi auksia. Lisäksi höy ypuolen aasi ennen lauhdu in a oidaan myös kyseenalais aa, joka puoles aan he ä ää kysymyksiä sy e-säiliön kaasun pois on oimi uudes a. 32 LMTD-mene elmä pe us uu lämmönsii imen ehon yh älöön (25), jos a iede ään kaikki pai si lämmönläpäisyluku U. Pu ki- ja aippalämmönsii imen apauksessa laskemme sen juu ikin maini us a mää i elmäs ä, mu a le ylämmönsii imen apauksessa kokonaislämmönläpäisyluku saadaan laske uksi, kun laske aan ensin kuuman ja kylmän puolen lämmönläpäisylu u (26) ja äs ä kokonaislämpö as us (28). Kokonaislämmönläpäisyluku on kokonaislämpö as uksen kään eisluku (29), missä le y as us on laske u yh älöllä (27). 𝑈𝑡𝑜𝑡,𝑝𝑣 =𝑄 𝐴𝑙𝑠∆𝑇𝑙𝑚 (25) missä Q lämmönsii imen lämpö eho [MW] U o ,p kokonaislämmönläpäisyluku p- ls [W/(m2K)] ∆𝑇𝑙𝑚 loga i minen lämpö ilae o [K] 𝑈ℎ/𝑐 = 0,023(𝑘ℎ/𝑐 𝐷ℎ)𝑅𝑒ℎ/𝑐 0,8 𝑃𝑟ℎ/𝑐 0,4 (26) missä U lämmönläpäisyluku [W/(m2K)] k lämmönjoh a uus luidissa [W/mK] Re Reynoldsin luku [-] P P and lin luku [-] 𝑅𝑙= 𝐿𝑙𝑝𝑎/𝑘𝑎𝑖𝑠𝑖 (27) missä kaisi le yn lämmönjoh a uus (ma web) [W/mK] Llpa le yn paksuus [m] Rl Le yn lämmönjoh umis as us [(m2W)/K] 𝑅𝑡𝑜𝑡 =1 𝑈ℎ+2𝑅𝑓+𝑅𝑙+1 𝑈𝑐 (28) missä R o kokonaislämpö as us [(m2K)/W] R Lika as us (Ole, 2011, s.34) [(m2K)/W] 33 U lämmönläpäisyluku [W/(m2K)] 𝑈𝑡𝑜𝑡,𝑙𝑒𝑣𝑦 =1 𝑅𝑡𝑜𝑡 (29) missä U o ,le y kokonaislämmönläpäisyluku le y ls [W/(m2K)] Ny on saa u laske uksi lämmönläpäisylu u pu ki- ja aippa- ja le ylämmönsii imille. Lämmönläpäisylukujen a oi eellisia a oja oidaan lukea aulukos a 4 iippuen aasi ilan ees a sii imessä. (Inc ope a, 2011; H&C, 2014) Taulukko 4. Tyypillisiä lämmönläpäisylukuja Tyypillisiä lämmönläpäisylukuja U Ala aja Ylä aja Yksikkö Veden esilämmi in (kuuma luidi höy yä) 1400 4300 [W/(m2K)] Höy yn lauhdu in (kuuma luidi e ä) 1000 6000 [W/(m2K)] Vesi- esi lämmönsii in 850 1700 [W/(m2K)] Koska mi oi us yökalu ei käy ännössä huomioi lämpöhä iöi ä lämmönsii op osessissa ai lai eessa, oidaan mi oi us yökalun alalaidassa näi ä hä iöi ä kompensoida lisäämällä hin aan hä iöi ä kompensoi a p osen uaalinen ähennys. 34 6 YHTEENVETO Tässä kandidaa in yössä sel i e iin UPM:n Te asaa en leijuke oska ilan hönkälauhdu imen oimin aa, a oi eena mää i ää ämän ehokkuus osana ka ilap osessia. Tämän mahdollis amiseksi lauhdu imelle eh iin ma askuun alussa mi auksia, joiden pohjal a pää elmiä py i iin ekemään. UPM:n oi eena oli, e ä mi auksien a ulla oi aisiin mi oi aa ka ilap osessille sopi ampi lauhdu in. Työn mi aus en käsi elyosiossa pe ehdy iin olosuh eiden pui eissa eh yihin mi auksiin, ja siihen mi ä oli ealis is a ehdä saaduilla mi a uloksilla. Tuloksis a nopeas i huoma iin, e ä suo a uuden lämmönsii imen mi oi us oli saaduilla mi a iedoilla mahdo on a, sillä nykyises ä sii imes ä ei saa u ii ä äs i e e oi a ia uloksia. Se mi ä uloksis a saa iin, oli kui enkin paljon a ken a ia kysymyksiä lii yen lauhdu imen oimin a-alueeseen ja sen alueen aaseihin. Tämä i sessään on jo a okas ulos UPM:n kannal a. Epämää äinen aasi ilanne höy ypuolella oi ke oa epä asapainos a aina syö ö esisäiliön kaasunpois ossa as i. Mi aus en nojalla kandidaa in yön akenne a muu e iin suo i e a ampaan muo oon, missä uuden lämmönsii imen mi oi amisen sijaan eh iin lämmönsii imen mi oi us yökalu. Työkalu ke oo käy äjälleen, paljonko ahaa uuden lämmönsii imen in es oinnille saadaan lämmönsii imen ehon nos olla. Työkalun a ulla saadaan myös ka kea op imoin i ie yn lämmönläpäisylu un omaa as a lämmönsii imen dimensiois a halu ulla ehon muu oksella. Tällöin UPM:n ulee enää kilpailu aa e i lämmönsii in en hinna maini uilla dimensioilla. Jos a jous on alle ehonnos olla saadun ahasumman, on in es oin i UPM:lle kanna a a. Työkalu ei ole kui enkaan äydellinen, aan oimii ideaalimaailmassa, jo en yökalua käy ä än ahon on hy ä kompensoida lämpöhä iöi ä p osessissa, minkä yökalu mahdollis aa. Työ ke oo mi ä epä a muuksia hönkälauhdu imeen lii yy ällä he kellä, ja mi ä ulisi ielä sel i ää, jo a oi aisiin a mis ua in es oinnin kanna a uudes a. I se olen si ä miel ä, e ä hönkälauhdu imelle ulisi ehdä a ka mi aukse seu aa an e ision yh eydessä, missä oi aisiin a mis ua in es oin i a pees a lauhdu imen suh een. Vaikka in es oin i a e ilmenisikin oissijaiseksi, on hy ä ie ää mi ä lai eessa apah uu, sillä 35 lauhde a syn yy mieles äni ole e ua enemmän, joka oi edelly ää muu oksia esime kiksi lauhdu imen pu kiin. LÄHDELUETTELO Aisi Type 304 S ainless s eel. Saa a illa: h p://asm.ma web.com/sea ch/Speci icMa e ial.asp?bassnum=mq304a [Vii a u 18.1.2018] Bacon D. H., BASIC hea ans e , 1989, Bu e wo h & Co. ISBN 0-408-01275-7 H&C Hea ans e solu ions, hea ans e coe icien s, 2014. Saa a illa: h p://www.hchea ans e .com/coe icien s.h ml [Vii a u 5.3.2018] HEI, s anda ds and ypical speci ica ions o ay ype deae a o s, 7 h edi ion, Hea exchange Ins i u e, 2003. Holmg en Magnus, S eam ables (höy y auluko ) suo a la auslinkki: ascen enginee ing.com/Documen s/XS eam_Excel_ 2.6_US.xls [Lada u 3.12.2017] Inc ope a, Be gman, La ine, Dewi , Fundamen als o hea and mass ans e , 7 h edi ion, John Wiley & Sons, 2011. ISBN 13 978-0470-50197-9 Konwell, Syö ö esisäiliö ja kaasunpois o.Saa a illa: h ps://www.konwell. i/ i/ uo ee /hoy y-ja- lauhde/ eollisuus en iili /sailio /syo o esisailio-ja-kaasunpois o [Vii a u 5.3.2018] Le y lämmönsii imen mi oi uslasken aesime kki, saa a illa: h p://www.hea ans e consul .nl/T adi_Pla e_Calc.h ml [Vii a u 2.2.2018] Myllä i Ja kko, Syö ö esisäiliön hönkähöy yn ene gian al eeno o, 9.2015. Saa a illa: h ps://www. heseus. i/bi s eam/handle/10024/98953/Ja kko_Mylla i_oppa i.pd ?seque nce=1 [Vii a u 22.2.2018] Ni sche, Gbadamosi, Hea exchange design guide, 2011 ISBN: 978-0-12-803764-5 Ola Uwe Egenu, Pla e hea exchange design me hodology8, Cen al Os obo hnia uni e si y o applied sciences, bachelo ’s hesis, 2011. Saa a illa: h p://www. heseus. i/bi s eam/handle/10024/141300/Uwe%20THESIS.pd ?sequence= 1&isAllowed=y [Vii a u 8.2.2018] Sa ille G., Hen y’s law, 2011. Saa a illa: h p://www. he mopedia.com/con en /847/ [Vii a u 21.3.2018] Tii inen Mi ja, Ene gia eollisuuden ma e iaalipankki, kaukolämmön hin a ilas o, 1.7.2017 ilas o, 6.3.2018. Saa a illa: h ps://ene gia. i/ajankoh ais a_ja_ma e iaalipankki/ma e iaalipankki/kaukolammon_hin a ilas o.h ml#ma e ial- iew [Vii a u 13.1.2018] Ku ien läh ee : 1. Ola, 2011 g aph 1 2. Ni sche, 2011, igu e 1.2 3. Saa a illa: h ps://upload.wikimedia.o g/wikipedia/commons/8/80/Deae a o .png 4. Inc ope a, 2011 s.136, igu e 3.7 Ku a 4-9 o a i se o e uja UPM:n ku auslu alla. Lii e 1 Lisä eden massa i a, kuukausikeskia o Kuukausi Yksikkö Keskia o Ma askuu [kg/s] 2,26 Joulukuu [kg/s] 1,66 Tammikuu [kg/s] 0,51 Helmikuu [kg/s] 1,17 Maaliskuu [kg/s] 1,02 Huh ikuu [kg/s] 1,87 Toukokuu [kg/s] 1,45 Kesäkuu [kg/s] 0,63 Heinäkuu [kg/s] 2,47 Elokuu [kg/s] 2,68 Syyskuu [kg/s] 3,18 Lokakuu [kg/s] 2,68 Lii e 2 Lii e 3 Hönkähöy yn massa i a sy e-säiliöön, kuukausikeskia o Ma askuu [kg/s] 0,85 Joulukuu [kg/s] 0,8 Tammikuu [kg/s] 0,6 Helmikuu [kg/s] 0,66 Maaliskuu [kg/s] 0,72 Huh ikuu [kg/s] 0,94 Toukokuu [kg/s] 0,98 Kesäkuu [kg/s] 0,75 Heinäkuu [kg/s] 1,06 Elokuu [kg/s] 0,87 Syyskuu [kg/s] 0,97 Lokakuu [kg/s] 0,89