Experimental investigation of a DH substation and simulation of the supply temperature reduction

TARGET: Verification of the supply temperature reduction in the main circuit of the district heating system and to guarantee the supply of the thermal services through a reasonable volumetric flow rate. CONTEXT: in the European energy programme which aims to reduce the thermal consumption and the relative pollution. In that scenario, new flow-rate/temperatures configurations are being identified to lead to the 4th generation district heating. This technology, requiring lower operative temperatures, would reduce the heat loss of the circuit and at the same time allow a wide use of renewable sources. METHOD: starting from the NTNU laboratory, some unknown parameters of the substation have been experimentally investigated using a MATLAB model. Once, these values were calculated, a second model permits to investigate the substation under certain conditions. In particular, it was considered a Norwegian single-family house, simulating the substation function with different supply temperatures. To adopt stationary conditions in the resolution of the last model, it was analysed the transient periods of each components. Verified this aspect, it was possible to apply a specific thermal model that accounts the following energy contributions: dissipated heat, the specific heat for air renewal and the power introduced by the heating system. RISULTS: the results show that the line supports a 10*C reduction of temperature on the supply line, at the same return temperature. While, the decreases of 20°C and 25°C require an increase in the main flow to guarantee the desired standards. The reduction of 20°C leads to low findings with a maximum increment of 26.3%. On the other hand, the 25°C reduction shows a sensitive criticality in all the months in which heating is required, with an increase up to 68%

OBIETTIVO: Verificare se è possibile ridurre la temperatura di mandata del circuito principale del teleriscaldamento e garantire la fornitura dei servizi termici tramite una portata ragionevole. CONTESTO: si colloca nel programma energetico dell’UE che ha come obiettivo la riduzione dei consumi termici e l’abbattimento degli inquinanti. Si stanno individuando nuove configurazioni portata/temperature per approdare alla quarta generazione di teleriscaldamento. Questa tecnologia, richiedendo temperature di esercizio inferiori permetterebbe di ridurre le dispersioni termiche del circuito e contemporaneamente consentire un largo utilizzo di fonti rinnovabili. METODO: partendo da un impianto presente nel laboratorio della NTNU, si sono investigati sperimentalmente alcuni parametri non noti della sottostazione adottando un modello MATLAB. Una volta calcolati questi valori è stato possibile, tramite un secondo modello, investigare la sottostazione in determinate condizioni che consentissero di soddisfare una richiesta termica di una casa unifamiliare norvegese, simulando il funzionamento con diverse temperature di mandata. Affinché, questa analisi potesse essere implementata in condizioni stazionarie, si è analizzata la durata dei transitori relativi a ciascun componente. Verificata questa condizione si è applicato un modello termico specifico per il riscaldamento della casa che tenesse in considerazione i seguenti contributi energetici: la potenza dissipata, quella specifica al rinnovamento dell’aria e quella introdotta tramite i sistemi di riscaldamento. RISULTATI: i risultati mostrano che la linea supporta una riduzione di 10°C della temperatura di mandata, a pari temperatura di ritorno. Mentre le diminuzioni di 20°C e 25°C obbligano ad un incremento della portata principale per garantire gli standard richiesti. In particolare, la riduzione di 20°C comporta criticità contenute con un aumento massimo di portata del 26.3%. Mentre la riduzione di 25°C mostra una criticità sensibile in tutti i mesi in cui è richiesto il riscaldamento, con un aumento del 68%.