Sulanapidon tehonmitoitus

Abstract

Tämän insinöörityön tarkoituksena oli tuottaa talotekniikka-suunnittelutoimistolle helppokäyttöiset laskentakaavat ulkoalueen sulanapitojärjestelmän tehon mitoittamiseksi. Totuudenmukaisen sulanapitojärjestelmän tehon määrittämiseksi on työssä selvitetty lämpöhäviötehojen ja lumenominaisuuksien vaikutusta tehoon. Lisäksi on esitetty omat laskukaavat tehon laskemiseksi varsinaisen lumen sulatuksen jälkeen tapahtuvan sulaveden jäätymisen estämiseksi. Laskukaavojen tuloksien oikeellisuutta oli tarkoitus tarkastella kenttämittauksissa toteutetulla vesikiertoisella alueen sulanapitokohteella, josta mitattiin toteutunut teho sekä sulatetun ja sataneen lumen ominaisuudet.

Insinöörityön teoriaosuus koostuu kolmesta osa-alueesta: Suomen sääolosuhteet, alueen sulanapito tehojen laskentakaavat ja yleisimmät alueen sulanapitojärjestelmän rakennetekniset ratkaisut, jotka perustuvat kirjallisiin lähteisiin. Kenttämittauksilla mitattiin toteutetun vesikiertoisen alueen sulanapitojärjestelmän hetkellisiä kokonaistehoja mittaamalla lämmönsiirtonesteen virtausnopeutta ja meno- sekä paluujohdon lämpötilaa. Samalla tehtiin mittauksia sulanapitopinnalla sekä sen välittömässä läheisyydessä lumen sulamisesta ja sateessa kerääntyneen lumen ominaisuuksista. Mitatuilla lumen ominaisuuksilla ja toteutetun järjestelmän häviöillä pystyttiin laskennallisesti ratkaisemaan järjestelmän kokonaisteho.

Työn tuloksena syntyi helppokäyttöiset kansainvälisen yksikköjärjestelmän mukaiset tehon laskentakaavat lumen lämmittämiseksi, sulattamiseksi ja sulaveden jäätymisen estämiseksi sulanapidettävällä pinnalla, sekä järjestelmän alapuolisiin rakenteisiin suuntautuvien johtumislämpöhäviötehojen ratkaisemiseksi. Alueen sulanapitojärjestelmän hyöty ja häviötehoista muodostettiin taulukkomuotoiset esitykset, joista voidaan arvioida sulanapitojärjestelmän häviö- ja hyötytehoja yleisimmin käytetyissä rakenteissa ja sääolosuhteissa. Kenttämittauksissa todennetun toteutetun alueen sulanapitojärjestelmän kokonaisteho mitatuissa lumiolosuhteissa pystyttiin ratkaisemaan laskentakaavoilla lähes saman suuruiseksi, eroa mitattuun kokonaistehoon oli 11 %.

The purpose of this thesis was to produce calculation formulas to define the needed heat flux for a snow melting system. To define the substantial amount of heat flux required, heat loss and the characteristics of snow had to be taken into account. The functionality of the formulas was tested with existing snow melting systems and actual weather conditions.

The tests were carried out in an existing site with a hydronic snow melting system, by measuring the total heat flux and the characteristics of the driven snow. The heat flux was measured by calculating the heat transfer fluid’s flow rate and the temperature of the fluid in both the supply and return pipes. The characteristics of the snow gathered on and in the proximity of the heated surface were also observed. The tests provided the necessary information to calculate the total heat flux required.

As a result, to define the total required amount of heat flux, calculation formulas were produced. Both the measured and the calculated heat flux were consistent, proving the functionality of the formulas. The calculation formulas therefore enable the sizing of the total heat flux required in a snow melting system. Also, when the total required amount of heat flux is known, the capacity of the snow melting system can be defined.