Työraportti 2006-73 Kapselointilaitoksen ilmastointijärjestelmät Juha Nieminen Joulukuu 2006 POSIVA OY FI-27160 OLKILUOTO, FINLAND Tel +358-2-8372 31 Fax +358-2-8372 3709
Työraportti 2006-73 Kapselointilaitoksen ilmastointijärjestelmät Juha Nieminen Fortum Nuclear Services Oy Joulukuu 2006 Posivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia. Raportissa esitetyt johtopäätökset ja näkökannat ovat kirjoittajien omia, eivätkä välttämättä vastaa Posiva Oy:n kantaa.
KAPSELOINTILAITOKSEN ILMASTOINTIJÄRJESTELMÄT TIIVISTELMÄ Kapselointilaitoksen tuloilmakeskuksessa tuotetaan tuloilma sekä valvonta- että valvomattomalle alueelle. Valvonta- ja valvomattomalla alueella on oma poistoilmakeskus sekä tulo- ja poistoilmakanavisto. Valvonta-alueen poistoilmakeskuksen puhaltimet on kahdennettu ja valvonta-alueen poistoilma voidaan tarvittaessa suodattaa. Kapselointilaitoksen tuloilmakeskuksessa on kahdennetut ilmastointikoneikot. Tuloilmakeskus sijaitsee valvomattomalla alueella. Valvonta- ja valvomattomalla alueella on lisäksi huonetiloja, jotka ilmastoidaan omilla, yleisilmastoinnista erillisillä ilmastointijärjestelmillä niissä tapahtuvan erityislaatuisen toiminnan vuoksi. Polttoaineen käsittelykammiossa on erillinen, kahdennettu jäähdytys- ja suodatusjärjestelmä, koska kammiossa käsitellään suojaamattomia polttoainenippuja. Polttoaineniput tuottavat jälkilämpöä, joka tulee kyetä poistamaan polttoaineen alikriittisyyden varmistamiseksi. Lisäksi suojaamattomien polttoainenippujen käsittelyn seurauksena voi ilmaan vapautua aktiivisia hiukkasia. Polttoainenippujen lämmöntuoton takia myös loppusijoituskapselien puskurivarastossa on erillinen, kahdennettu jäähdytysjärjestelmä. Muiden yleisilmastoinnista erillisten ilmastointijärjestelmien tehtävä on huoneissa olevien laitteiden tuottaman lämmön poisto. Tällaiset järjestelmät ovat valvonta-alueella kapselihissin konehuoneessa sekä valvomattomalla alueella dieselhuoneessa ja kapselihissin sähkökeskuksessa. Alipainejärjestelmän avulla pidetään polttoaineen käsittelykammio, dekontaminointikeskus ja korjaamo alipaineisina muihin huonetiloihin nähden. Loppusijoitustilojen valvonta-alueen tulo- ja poistoilmakeskukset sijaitsevat kapselointilaitoksessa. Poistoilma voidaan suodattaa kapselointilaitoksen valvonta-alueen poistoilmakeskuksessa. Kapselointilaitoksen ja loppusijoitustilojen valvonta-alueiden poistoilma johdetaan ilmastointipiippuun. Poistoilman aktiivisuutta seurataan ottamalla näytteitä poistoilmasta. Kapselointilaitoksen lämmitys tapahtuu lämmittämällä tuloilmaa. Poistoilmasta otetaan lämpöä talteen. Lämmitystehon tarve on noin 265 kw ja lämmitysenergian tarve noin 710 MWh. Kapselointilaitoksen tuloilmakeskuksen mitoitusilmamäärä on noin 6,7 m 3 /s, valvonta-alueen poistoilmakeskuksen 5,4 m 3 /s ja valvomattoman alueen poistoilmakeskuksen 1,4 m 3 /s. Valvonta-alueella on koneellinen savunpoistojärjestelmä. Savu imetään poistoilmakanavia pitkin poistoilmanousujen yläpäässä olevilla savunpoistopuhaltimilla ulos. Korvausilma tuodaan tuloilmakanavia pitkin. Valvomattomalta alueelta savu poistetaan savunpoistoluukkujen avulla. Avainsanat: Kapselointilaitos, ilmanvaihto, lämmitys, savunpoisto.
VENTILATION SYSTEMS OF ENCAPSULATION PLANT ABSTRACT Inlet air is conducted into the controlled and uncontrolled areas of the encapsulation plant through inlet air center. There are separate outlet air centers and inlet and outlet channel systems in the controlled and uncontrolled areas. The outlet air center s equipment of the controlled area is doubled and the outlet air of the controlled area can be filtered in the outlet air center if necessary. The equipment of the inlet air center is also doubled. The inlet air center is in the uncontrolled area. There are also rooms in the controlled and uncontrolled areas that are ventilated with air conditioning systems that are separate from the main air conditioning systems because of the special nature of working phases taking place in these rooms. There is a separate doubled cooling and filtering system in the fuel handling cell because of unprotected fuel assemblies which are being handled in the cell. The decay heat generated by the fuel assemblies has to be removed to keep fuel subcritical. Furthermore, when unprotected fuel assemblies are being handled, radioactive particles may be released into the fuel handling cell s atmosphere. Because of the decay heat of the fuel assemblies there is also a separate doubled cooling system in the buffer storage. The other duty of the separate air conditioning systems is to remove heat generated by the equipment in the rooms. These systems are situated in the controlled area in the canister lift machinery room and in the uncontrolled area in the diesel room and in the canister lift power supply room. The negative pressure system keeps the fuel handling cell, the decontamination center and the workshop at lower pressure than other rooms. The inlet and outlet air centers of the repository s controlled area are in the encapsulation plant. Outlet air can be filtered in the encapsulation plant s outlet air center of the controlled area. The outlet air of the encapsulation plant and the repository is exhausted through the ventilation stack. Outlet air radioactivity is measured. The encapsulation plant is heated by heating inlet air. Heat is recovered from outlet air. Heating power capacity is approximately 265 kw and heating energy consumption approximately 710 MWh. The encapsulation plant s inlet air center s capacity is 6,7 m 3 /s, the controlled areas outlet air center s capacity 5,3 m 3 /s and the uncontrolled areas outlet air center s capacity 1,4 m 3 /s. There is an automatic smoke venting system in the controlled area. Smoke is drained out of the building through the exhaust air ducts by smoke extraction fans situated at the top of the outlet air shafts. Inlet air is provided by the fresh air ducts. Smoke vents are used to remove smoke from the uncontrolled area. Keywords: Encapsulation plant, ventilation, heating, smoke ventilation.
1 SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ ABSTRACT 1 JOHDANTO... 2 1.1 Työn taustaa... 2 1.2 Raportin tarkoitus... 3 2 YLEISET PERIAATTEET... 4 2.1 Järjestelmien yleiskuvaus... 4 2.2 Lämmitys... 6 2.3 Palo-osastointi ja savunpoisto... 8 3 POLTTOAINEEN VASTAANOTTOTILAN ILMASTOINTI... 10 4 KAPSELOINTILAITOKSEN TULOILMAKESKUS... 12 4.1 Tuloilmakeskuksen kuvaus... 12 4.2 Tuloilmakeskuksen mitoitus... 13 5 VALVOMATTOMAN ALUEEN POISTOILMASTOINTIJÄRJESTELMÄ... 15 5.1 Poistoilmakeskuksen kuvaus... 15 5.2 Ilmanvaihtomäärät ja lämpökuormat... 15 6 VALVONTA-ALUEEN ILMASTOINTIJÄRJESTELMÄT... 17 6.1 Valvonta-alueen ilmastointiperiaatteet... 17 6.2 Valvonta-alueen alipainejärjestelmä... 17 6.3 Polttoaineen käsittelykammion jäähdytys- ja suodatusjärjestelmä... 18 6.4 Kapselien puskurivaraston jäähdytysjärjestelmä... 21 6.5 Valvonta-alueen poistoilmakeskus... 22 6.6 Kapselihissin konehuoneen ilmastointi... 24 6.7 Ilmastointijärjestelmien layout... 28 7 LOPPUSIJOITUSTILAN VALVONTA-ALUEEN ILMASTOINTI... 31 7.1 Loppusijoitustilan valvonta-alueen ilmastointijärjestelmän kuvaus... 31 7.2 Tuloilmakeskus... 31 7.3 Poistoilmakeskus... 31 8 JOHTOPÄÄTÖKSET... 32 8.1 Tulokset... 32 8.2 Muutokset aiempaan suunnitelmaan... 33 8.3 Odotettavissa olevat muutokset... 33 VIITTEET... 35
2 1 JOHDANTO 1.1 Työn taustaa Eurajoen Olkiluotoon rakennetaan käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituslaitos. Laitokseen kuuluu kapselointilaitos, jossa voimalaitoksilta tuotava ydinpolttoaine kapseloidaan loppusijoitusta varten. Käytetyt polttoaineniput tuodaan ydinvoimalaitoksien käytetyn polttoaineen varastoista kapselointilaitokselle vesitäytteisessä kuljetussäiliössä. Kapselointilaitoksen tilat on jaettu valvonta- ja valvomattomaan alueeseen. Valvontaalueella polttoaineen käsittelykammiossa niput nostetaan ulos kuljetussäiliöstä, kuivataan ja siirretään loppusijoituskapseliin. Valvonta-alueeseen kuuluvat lisäksi muun muassa polttoaineen vastaanottotila, dekontaminointikeskus ja korjaamo, kapselien puskurivarasto sekä kapselin ja kuljetussäiliön siirtokäytävät. Valvomattomalla alueella on muun muassa automaatio- ja sähkötilat, tuloilmakeskus ja valvomo. Kapselointilaitos sijaitsee loppusijoitustilojen valvonta-alueen tulo- ja poistoilmanousujen kohdalla maan pinnalla ja valvonta-alueen tulo- ja poistoilmakoneikot sijaitsevat kapselointilaitoksessa. Kapselointilaitoksessa on kuusi kerrosta, joista kolme on maan pinnan alapuolella. Laitoksen kokonaistilavuus on noin 28300 m 3, josta valvonta-aluetta on 20900 m 3 ja valvomatonta 7400 m 3. Kapselointilaitos on esitetty kuvassa 1. Kuva 1. Kapselointilaitos. Kuvassa oikealla käyttörakennus.
3 1.2 Raportin tarkoitus Tässä raportissa on esitetty esisuunnitelma kapselointilaitoksen ilmastoinnin toteuttamisesta. Raportti on osa vuoden 2006 raportointia ja korvaa kapselointilaitoksen ilmastointijärjestelmistä raportissa (Kukkola 2000) esitetyn suunnitelman. Raportissa esitetään myös kapselointilaitoksen savunpoisto- ja lämmitysperiaatteet. Kapselointilaitoksen ilmastointijärjestelmistä on tehty 3D-malli, joka on esitetty kappaleessa 6.6.
4 2 YLEISET PERIAATTEET 2.1 Järjestelmien yleiskuvaus Kapselointilaitoksen ilmastointijärjestelmien tehtävät ovat: Normaalikäytössä tilojen ilmastointi Valvonta- ja valvomattoman alueen tuloilman suodatus, lämmitys, kosteuden hallinta ja jäähdytys Käytetyn polttoaineen jälkilämmön poisto Poistoilman aktiivisuuksien suodatus käyttöhäiriö- ja onnettomuustilanteissa Korvausilman tuotto ja savunpoisto palotilanteessa Valvonta-alueen poistoilmaan voi vapautua radioaktiivisia hiukkasia käytetyn polttoaineen käsittelyn, tilojen ja laitteiden dekontaminoinnin tai prosessijärjestelmien vuotojen seurauksena. Tästä syystä valvonta-alueella on oma poistoilmakeskus, jossa valvonta-alueelta tuleva poistoilma voidaan tarvittaessa suodattaa. Poistoilmakeskuksen puhaltimet on kahdennettu ja sähkönsyöttö on dieselvarmennettu. Valvonta-alueen tilat pidetään alipaineisina valvomattoman alueen tiloihin nähden. Poistoilmakeskuksesta poistoilma johdetaan ilmastointipiippuun. Valvonta-alueella polttoaineen käsittelykammiossa käsitellään suojaamattomia polttoainenippuja. Polttoaineniput tuottavat jälkilämpöä ja polttoainenippujen pinnoista voi käsittelyn yhteydessä vapautua ilmaan radioaktiivisia hiukkasia. Polttoaineen käsittelykammion ilmaa kierrätetään jäähdytys- ja suodatusjärjestelmän kautta, jonka avulla kammiossa lämmennyt ilma jäähdytetään ja ilmassa olevat hiukkaset kerätään talteen. Järjestelmä on kahdennettu ja sähkönsyöttö dieselvarmennettu. Polttoaineen käsittelykammio pidetään alipaineisena muihin valvonta-alueen tiloihin nähden. Kapselien puskurivarastossa valvonta-alueella säilytetään käytettyä polttoainetta sisältäviä loppusijoituskapseleita. Käytetyn polttoaineen tuottama jälkilämpö poistetaan kierrättämällä puskurivaraston ilmaa oman jäähdytysjärjestelmän kautta. Järjestelmä on kahdennettu. Kapselointilaitoksen valvonta- ja valvomattoman alueen tuloilma tuotetaan valvomattomalla alueella sijaitsevassa tuloilmakeskuksessa. Tuloilmaa suodatetaan, lämmitetään ja tarvittaessa jäähdytetään. Järjestelmä on kahdennettu. Valvomattoman alueen poistoilmakeskus sijaitsee tuloilmakeskuksen yhteydessä. Loppusijoitustilojen valvonta-alueen tulo- ja poistoilmakeskukset sijaitsevat kapselointilaitoksessa. Valvonta-alueen poistoilma suodatetaan tarvittaessa kapselointilaitoksen valvonta-alueen poistoilmakeskuksessa ja johdetaan ilmastointipiippuun. Valvonta- ja valvomattomalla alueella on omat, laitoksen pystysuunnassa lävistävät tulo- ja poistoilmanousut, joiden avulla tuloilma jaetaan ja poistetaan kerroskohtaisesti. Kerroksissa ilma jaetaan ja poistetaan runko- ja haarakanavien kautta.
5 Normaalitilanteessa vain toinen tuloilmakoneikoista ja valvonta-alueen poistoilmakoneikoista on päällä. Kun koneikko pysähtyy tai havaitaan huoltotarvetta, käynnistetään rinnakkainen koneikko. Rinnakkaiset koneikot lisäävät ilmastoinnin toimintavarmuutta ja varmistetaan tilojen välisten alipainesuhteiden säilyminen. Valvonta-alueen ilmastointiperiaate on esitetty kuvassa 2 ja valvomattoman alueen kuvassa 3. Kuva 2. Kapselointilaitoksen valvonta-alueen ilmastointi- ja jäähdytysjärjestelmät. Ilmastointijärjestelmien tuloilmalaitteet on merkitty sinisiksi ja poistoilmalaitteet punaisiksi sekä jäähdytysjärjestelmien laitteet mustiksi.
6 Kuva 3. Kapselointilaitoksen valvomattoman alueen ilmastointijärjestelmät. Tuloilmalaitteet on merkitty sinisiksi ja poistoilmalaitteet punaisiksi. 2.2 Lämmitys Kapselointilaitoksen tuloilmaa lämmitetään. Tuloilmakeskuksen molemmissa koneikoissa on esi- ja jälkilämmityspatterit, joilla kapselointilaitoksen ilma lämmitetään. Esilämmityspatterille lämmin vesi tulee valvonta- ja valvomattoman alueen poistoilmakeskuksissa olevilta lämmön talteenottopattereilta, joiden hyötysuhde on vähintään 50 %. Valvonta-alueen poistoilmasta kannattaa ottaa lämpöä talteen, koska poistoilmavirta on noin 5,3 m 3 /s. Valvomattoman alueen poistoilmavirta on noin 1,4 m 3 /s. Jälkilämmityspatterissa kiertävä lämmin vesi otetaan loppusijoituslaitoksen kaukolämpöverkosta. Kapselointilaitoksen kokonaislämmitystehon tarpeeseen vaikuttavat vaipan johtumishäviöt ulkoilmaan ja maahan sekä tuloilman lämmitystehon tarve. Vaipan läpi sisään vuotavan ilman määrä oletetaan olevan pieni. Lämpimän käyttöveden tehontarvetta ei ole huomioitu, koska käyttövettä ei välttämättä lämmitetä kapselointilaitoksessa. Suomen rakentamismääräyskokoelman osan D5 mukaisesti lämmitystehon mitoittava ulkolämpötila on -26 C. Rakennuksen vaipan lämpöhäviöiden laskennassa on käytetty rakentamismääräyskokoelman osassa C3 esitettyjä yläpohjan, maanvastaisten osien ja seinän lämmönläpäisykerrointen enimmäisarvoja. Ovien lämpöhäviöitä ei ole huomioitu. Vaipan lämpöhäviöt ovat yhteensä noin 84 kw kylmimpänä aikana.
7 Tuloilma lämmitetään 18 C:een. Tuloilman lämmitysteho kylmimpänä talviaikana on 354 kw. Jos lämmön talteenotto huomioidaan, putoaa lämmitystehon tarve puoleen eli noin 177 kw:iin. Kapselointilaitoksen lämmitystehon tarve on yhteensä noin 265 kw, taulukko 1. Taulukko 1. Kapselointilaitoksen lämmitystehon tarve. Sisäilman lämpötila ( C) 18 Mitoittava ulkoilman lämpötila ( C) -26 Seinien lämmönläpäisykerroin (W/m 2 K) 0,25 Katon lämmönläpäisykerroin (W/m 2 K) 0,16 Lattian lämmönläpäisykerroin (W/m 2 K) 0,25 Seinien kokonaispinta-ala (m 2 ) 2499 Katon kokonaispinta-ala (m 2 ) 2338 Lattian kokonaispinta-ala (m 2 ) 3540 Seinien lämpöhäviö (kw) 28 Katon lämpöhäviö (kw) 17 Maanvastaisten osien lämpöhäviö (kw) 39 Vaipan lämpöhäviöt yhteensä (kw) 84 Tuloilman tilavuusvirta (m 3 /s) 6,7 Tuloilman tiheys (kg/m 3 ) 1,2 Ilman lämpökapasiteetti (kj/(kg C)) 1 Tuloilman lämmitysteho (kw) 354 Lämmön talteenoton hyötysuhde 0,5 Tuloilman lämmitysteho, kun LTO päällä (kw) 177 Kapselointilaitoksen lämmitystehon tarve (kw) 261 Lämmitysenergian tarve esitetään tässä yhteydessä käyttäen astepäiväluvun vuosittaista keskiarvoa. Rakentamispaikka, Eurajoen Olkiluoto, kuuluu rakentamismääräyskokoelman osan D5 mukaan ilmastolliselle alueelle 1. Tällä alueella astepäiväluku sisälämpötilalle 18 C on noin 4970 Kd eli 119280 Kh. Kapselointilaitoksen lämmitysenergian tarve on noin 710 MWh, taulukko 2.
8 Taulukko 2. Kapselointilaitoksen lämmitysenergian tarve. Seinien lämmönläpäisykerroin 0,25 Seinien kokonaispinta-ala (m 2 ) 2499 Seinien läpi johtuva lämpöenergia (MWh) 75 Katon lämmönläpäisykerroin 0,16 Katon kokonaispinta-ala 2338 Katon läpi johtuva lämpöenergia (MWh) 45 Lattian lämmönläpäisykerroin 0,25 Lattian kokonaispinta-ala 3540 Maahan johtuva lämpöenergia (MWh) 106 Tuloilman tilavuusvirta (m 3 /s) 6,7 Tuloilman tiheys (kg/m 3 ) 1,2 Ilman lämpökapasiteetti (kj/(kg C)) 1 Tuloilman lämmitykseen kuluva energia ilman LTO:a (MWh) 960 LTO:n hyötysuhde 0,5 Lämmitykseen kuluva energia, LTO päällä (MWh) 480 Vuosittainen lämmitysenergian tarve yht. (MWh) 706 2.3 Palo-osastointi ja savunpoisto Suurimpia kapselointilaitoksen palokuormakeskittymiä ovat sähkö-, automaatio- ja kaapelitilat, dieselhuone sekä ilmastointi- ja hissikoneikot. Polttoaineen vastaanottotilassa on kuljetussäiliön purkamisen ja lastauksen aikana ajoneuvo ja kuljetuslavetti. Ajoneuvoa ei käytetä sisällä pitkiä aikoja, joten esim. ajoneuvopalon riski on pieni. Palokuormakeskittymät sijaitsevat suurimmaksi osaksi valvomattomalla alueella. Kaiken kaikkiaan palokuormat ovat suhteellisen pieniä. Kapselointilaitoksen palo-osastointi on esitetty raportissa (Nieminen 2006). Ilmanvaihtokanavien läpivienteihin asennetaan palopellit. Palo-osastoinnin ja savunpoiston suunnittelussa on käytetty YVL-ohjetta 4.3 ja rakentamismääräyskokoelman osia E1 ja E2. Valvonta-alueen tilat ovat sokkeloisia, ja tilat on jaettu suhteellisen moneen paloosastoon. Tulipalotilanteissa valvonta-alueen korvausilma tuotetaan kapselointilaitoksen tuloilmakeskuksessa. Korvausilma tuodaan tilaan tuloilmanousua ja tuloilmakanavia pitkin. Savu imetään ulos poistoilmakanavien ja poistoilmanousujen kautta. Savunpoistopuhaltimet sijaitsevat poistoilmanousujen yläpäissä. Polttoaineen vastaanottotilaan korvausilma tuodaan avaamalla vastaanottotilan ovet. Savu poistetaan vastaanottotilan katolla olevien savunpoistoluukkujen kautta. Valvomattoman alueen tilat sijaitsevat ulkoseinän vieressä. Savu poistetaan huoneiden seinään sijoitettavien savunpoistoluukkujen kautta. Maan alla olevista valvomattoman alueen tiloista johdetaan maan pinnalle savunpoistokanavat. Niihin palo-osastoihin, joissa on merkittäviä palokuormia, asennetaan toimilaitteelliset palopellit. Muut palopellit toimivat lämpösulakkeiden avulla.
9 Poistoilmanousuja, joiden kautta savu poistetaan, käytetään normaalissa käyttötilanteessa. Kun savunpoistopuhallin käynnistetään, suljetaan yhteys valvonta-alueen poistoilmakeskukseen ja avataan katolle johtava reitti. Savunpoiston ajaksi valvonta-alueen poistoilmakeskuksen puhallin sammutetaan. Uloskäytävä ja varatiet ylipaineistetaan tulipalotilanteessa nousujen yläpäissä sijaitsevilla puhaltimilla. Hissikuilun katolla on savunpoistoluukku, jonka kautta hissikuiluun tulipalotilanteessa pääsevä savu poistetaan. Koneellinen savunpoisto mitoitetaan kaavan (1) mukaisesti. Q 1,7 A (1) 0 missä Q on koneellisen savunpoiston virtausmäärä (m 3 /s) ja A 0 0,25 2,0 % suurimman palo-osaston pinta-alasta. Kapselointilaitoksen valvonta-alueen suurimman palo-osaston pinta-ala on noin 350 m 2, joten savunpoistovirtaama on pienimmillään kaavan (1) mukaan noin 1,5 m 3 /s ja suurimmillaan noin 12 m 3 /s. Normaalisti savunpoisto mitoitetaan vastaavissa tiloissa yhden prosentin mukaan. Tätä vastaava savunpoistomäärä on noin 6 m 3 /s.
10 3 POLTTOAINEEN VASTAANOTTOTILAN ILMASTOINTI Polttoaineen vastaanottotilassa otetaan kuljetussäiliö vastaan. Kuljetussäiliö tuodaan tilaan vetoautolla, jossa on kiinni kuljetuslavetti. Vastaanottotilan lattia on tasolla +7.00 ja katto tasolla +19.10. Vastaanottotilan kokonaistilavuus on noin 4800 m 3. Polttoaineen vastaanottotila on ilmastollisesti valvomatonta aluetta. Kun vastaanottotilassa ei säilytetä polttoainetta, vaihdetaan ja lämmitetään ilma kokonaan valvontaalueen ilmastointijärjestelmän avulla. Kun tilassa on käytettyä polttoainetta sisältäviä kuljetussäiliöitä, jäähdytetään tilaa ulkoa ulos johdettavalla ilmalla. Koska vetoauto käy tilassa vain sisääntulon ajan ja pakokaasut nousevat korkeassa tilassa ylöspäin, ei ilmanvaihtoa tarvitse erikseen lisätä tätä varten. Vastaanottotilan ilmastointiperiaate on esitetty kuvassa 4. Kun vastaanottotilassa on käytettyä polttoainetta, puhalletaan ulkoilmaa sisään vastaanottotilan seinässä olevien potkuripuhaltimien avulla. Puhaltimien jälkeen kanavassa sijaitsee kaukolämpöpatteri, jolla tuloilmaa lämmitetään talvella. Ilma poistetaan vastaanottotilan katossa olevilla huippuimureilla. Ilman virtausta säädetään ilman lämpötilan perusteella kytkemällä sopiva määrä puhaltimia sekä imureita pois ja päälle. Polttoaineen vastaanottotila Kuva 4. Polttoaineen vastaanottotilan ilmastointiperiaate. Polttoaineen vastaanottotilan ilman sallitut lämpötilarajat voivat olla 15 35 C. Vastaanottotilassa voi olla samanaikaisesti kaksi Loviisan laitoksen Castor VVER 440/84 - kuljetussäiliötä tai yksi Olkiluodon laitoksen Castor TVO -kuljetussäiliö. Loviisan kul-
11 jetussäiliöiden lämmöntuotto on enimmillään yhteensä 20 kw ja Olkiluodon 7 kw. Kokonaislämpökuorma on suurimmillaan siis 20 kw. Lämpökuorman tuulettaminen esim. 15 -asteisella tuloilmalla johtaa noin 0,8 m 3 /s tilavuusvirtaan. Pakkasilman lämmittämiseksi 15 -asteiseksi tarvitaan lämmitystehoa noin 38 kw. Vastaanottotilan ulkoa ulos toimivan ilmastoinnin mitoitus on esitetty taulukossa 3. Lämmitystehon tarpeen arviointi on esitetty taulukossa 4. Taulukko 3. Vastaanottotilan ilmastointijärjestelmän mitoitusarvot. Tilavuus (m 3 ) 4795 Lämpökuorma (kw) 20 Tuloilman lämpötila ( C) 15 Poistoilman lämpötila ( C) 35 Ilman ominaislämpökapasiteetti (kj/(kg C)) 1 Ilman tiheys (kg/m 3 ) 1,17 Ilman tilavuusvirta (m 3 /s) 0,85 Ilmanvaihtokerroin (1/h) 0,64 Painehäviö (Pa) 150 Puhaltimen hyötysuhde 0,7 Puhallinteho (kw) 183 Taulukko 4. Tuloilman lämmitystehon tarve. Tuloilman lämpötila talvella ( C) -26 Sisälämpötila ( C) 15 Ilman tiheys (kg/m 3 ) 1,3 Ilman ominaislämpökapasiteetti (kj/(kg C)) 1 Ilman tilavuusvirta (m 3 /s) 0,85 Lämmitystehon tarve (kw) 45,3
12 4 KAPSELOINTILAITOKSEN TULOILMAKESKUS 4.1 Tuloilmakeskuksen kuvaus Kapselointilaitoksen tuloilmakeskuksessa tuotetaan tuloilma valvonta- ja valvomattomalle alueelle. Koneikkoja on kaksi, joista toinen on varalla. Molemmat koneikot pystyvät itsenäisesti tuottamaan kapselointilaitoksella tarvittavan tuloilman. Koneikot ovat omissa palo-osastoissaan tasolla +16.60. Tuloilmakeskuksen koneikot on esitetty kuvassa 5. Toinen tuloilmakoneikko koostuu sulkupellistä, karkeasuodattimesta, esi- ja jälkilämmityspattereista, jäähdytyspatterista, radiaalipuhaltimesta ja äänenvaimentimesta. Toinen tuloilmakoneikko on samanlainen, paitsi että koneikon yhteyteen on liitetty valvomattoman alueen poistoilmakoneikko. Jälkimmäinen tilanne on esitetty kuvassa 6. Kuva 5. Tuloilmakeskuksen koneikot, joista toiseen on yhdistetty valvomattoman alueen poistoilmakoneikko.
13 Kuva 6. Tulo- ja poistoilmakoneikko. 4.2 Tuloilmakeskuksen mitoitus Valvonta-alueella tarvitaan ilmaa yhteensä noin 5,3 m 3 /s. Valvomattomalla alueella ilmantarve on noin 1,4 m 3 /s lukuun ottamatta vastaanottotilaa. Tuloilmakeskus tuottaa ilmaa yhteensä vähintään 6,7 m 3 /s. Tarvittava puhallinteho on noin 4,8 kw, kun ilman nopeus kanavassa on 8 m/s, kanaviston, suodattimien ja lämmityspattereiden yhteinen painehäviö on 520 Pa ja puhaltimen hyötysuhde 0,75. Tuloilmakeskuksen mitoitusarvot on esitetty taulukossa 5. Syksyllä ilma voi olla lämmintä ja voi sisältää runsaasti vesihöyryä, jolloin tuloilman mukana tuleva kosteus voi tiivistyä kapselointilaitoksen rakenteisiin ja laitteisiin. Tämän estämiseksi tuloilmasta poistetaan vesihöyryä jäähdyttämällä ilmaa. Ulkoa otettavan ilman lämpötila voi olla 20 C ja suhteellinen kosteus 80 %. Tuloilman tavoitearvot ovat 18 C ja 60 %. Jäähdytysteho on tällöin noin 92 kw. Vettä tiivistyy patterin pintaan noin 29 g/s. Vesi johdetaan valvomattoman alueen viemäriin. Jäähdytystehon tarve on esitetty taulukossa 5.
14 Taulukko 5. Tuloilmakeskuksen mitoitusarvot. Tuloilmakanaviston painehäviö (Pa) 70 Tuloilmakoneikon painehäviö (Pa) 450 Tilavuusvirta (m 3 /s) 6,7 Tuloilmapuhaltimen hyötysuhde 0,75 Sähkötehon tarve (kw) 4,8 Ulkoilman lämpötila ( C) 20 Ulkoilman suhteellinen kosteus (%) 80 Ulkoilman absoluuttinen kosteus 0,012 Ulkoilman ominaisentalpia (kj/kg) 50,6 Tuloilman lämpötila ( C) 18 Tuloilman suhteellinen kosteus (%) 60 Tuloilman absoluuttinen kosteus 0,008 Tuloilman ominaisentalpia (kj/kg) 37,9 Tuloilman tiheys (kg/m 3 ) 1,2 Tuloilman massavirta (kg/s) 7,2 Tarvittava jäähdytysteho (kw) 91,4 Tiivistyneen veden massavirta (g/s) 29
15 5 VALVOMATTOMAN ALUEEN POISTOILMASTOINTIJÄRJESTELMÄ 5.1 Poistoilmakeskuksen kuvaus Valvomattoman alueen poistoilmakeskuksessa poistoilmasta otetaan lämpöä talteen ja puhalletaan ilma ulos kapselointilaitoksen katolla olevan valvomattoman alueen poistoilmapiipun kautta. Poistoilmakeskus sijaitsee tasolla +16.60 toisen tuloilmakoneikon yhteydessä. Poistoilmakeskus koostuu poistoilmapuhaltimesta, lämmön talteenottopatterista ja äänenvaimentimesta. Kuvassa 5 on esitetty myös valvomattoman alueen poistoilmakoneikon periaatekaavio. Kun poistoilmavirta on noin 1,4 m 3 /s, ilman nopeus kanavassa 8 m/s, kanaviston ja pattereiden painehäviö noin 230 Pa ja puhaltimen hyötysuhde 0,75, niin tarvittava puhallinteho on noin 0,4 kw. Mitoitusarvot on esitetty taulukossa 6. Taulukko 6. Poistoilmakeskuksen mitoitusarvot. Poistoilmakanaviston painehäviö (Pa) 80 Poistoilmakoneikon painehäviö (Pa) 150 Tilavuusvirta (m 3 /s) 1,4 Poistoilmapuhaltimen hyötysuhde 0,75 Sähkötehon tarve (kw) 0,4 5.2 Ilmanvaihtomäärät ja lämpökuormat Taulukossa 7 on esitetty valvomattoman alueen huoneiden tilavuudet, lämpökuormat ja ilmanvaihtomäärät. Tilojen ilmanvaihtokerroin on 0,5 1/h, jota käytetään Suomessa rakennuksien ilmanvaihdon mitoittamisessa yleisesti. Kun dieselgeneraattoria ei käytetä, hoidetaan dieselhuoneen ilmastointi valvomattoman alueen ilmastointijärjestelmällä. Huoneeseen johdetaan tulo- ja poistoilmakanavat. Kun dieselgeneraattori käy, tarvitaan lisäilmaa ylimääräisen lämmön poistamiseen ja polttoprosessiin. Dieselgeneraattorin oma puhallin imee tuloilman ulkoa. Lämmennyt ilma poistetaan suoraan ulos ulkoseinässä olevan poistoilmasäleikön kautta. Pakokaasut johdetaan suoraan ulos erillistä pakoputkea pitkin. Samalla periaatteella toteutetaan myös kapselihissin sähkökeskuksen ilmastointi.
Taulukko 7. Valvomattoman alueen tilojen ilmanvaihtomäärät. Tila Tasot Pinta-ala Korkeus Tilavuus Lämpök. Ilmanvaihtok. Tilavuusvirta (m 2 ) (m) (m 3 ) (kw) (1/h) (m 3 /h) Huom. Kaapelitila +2.80 48 3,4 188 0,5 93,8 Kaapelitila +2.80 50 3,4 196 0,5 97,9 Kaapelitila +2.80 72 3,4 280 0,5 140,0 Vierailijoiden käytävä +2.80 212 3,4 827 0,5 413,4 Portaikko +2.80 +16.60 14 17,4 244 0,5 121,8 Portaikko +2.80 +11.80 14 12,9 182 0,5 90,9 Dieselhuone +7.00 35 4,0 156 15* 0,5 77,9 *Vain dieselgeneraattorin käydessä Sähkötila +7.00 50 4,0 226 10 0,5 113,0 Sähkötila +7.00 58 4,0 262 10 0,5 131,0 Kapselihissin sähkötila +7.00 +11.80 47 9,0 422 10* 0,5 211,1 *Vain kapselihissin liikkuessa Bentoniittilohkovarasto +7.00 +11.80 199 9,0 1791 0,5 895,5 Käytävä +7.00 13 4,0 56 0,5 28,1 Käytävä +7.00 13 4,0 56 0,5 28,1 Kiinteytysastiavarasto +7.00 42 4,0 168 0,5 84,0 Ls-tilojen valvonta-alueen +7.00 121 4,0 484 5 1,8 871,2 tuloilmakeskuksen koneikko Käytävä +7.00 93 4,0 420 0,5 210,2 Valvomo +11.80 33 4,0 149 0,5 74,3 Automaatiohuone +11.80 48 4,0 216 10 0,5 108,2 Automaatiohuone +11.80 55 4,0 246 10 0,5 122,9 Käytävä +11.80 16 4,0 72 0,5 36,2 Käytävä +11.80 16 4,0 72 0,5 36,2 Ls-tilojen valvonta-alueen +11.80 121 4,0 484 5 1,6 774,4 tuloilmakeskuksen koneikko Käytävä +11.80 93 4,0 420 0,5 210,2 Kapselointilaitoksen +16.60 44 4,0 200 0,5 99,9 tuloilmakeskuksen koneikko Kapselointilaitoksen +16.60 44 4,0 200 0,5 99,9 tuloilmakeskuksen koneikko Käytävä +16.60 66 4,0 299 0,5 149,4 16
17 6 VALVONTA-ALUEEN ILMASTOINTIJÄRJESTELMÄT 6.1 Valvonta-alueen ilmastointiperiaatteet Valvonta-alueen tuloilma tuotetaan kapselointilaitoksen tuloilmakeskuksessa yhdessä valvomattoman alueen ilman kanssa. Valvonta-alueen tuloilma johdetaan kanavaa pitkin valvonta-alueella olevaan kahteen tuloilmanousuun, josta tuloilma jaetaan valvonta-alueen tiloihin. Tuloilmakanavassa valvomattoman ja valvonta-alueen rajalla on takaiskupelti, jolla estetään valvonta-alueen ja valvomattoman alueen ilman sekoittuminen. Valvonta-alueen eri kerroksista poistoilma johdetaan poistoilmakanavia pitkin valvontaalueella tuloilmanousujen vieressä oleviin poistoilmanousuihin, joista ilma johdetaan valvonta-alueen poistoilmakeskukseen. Poistoilma puhalletaan ilmastointipiippuun. Poistoilmakeskuksessa poistoilma voidaan tarvittaessa suodattaa. Tulo- ja poistoilmanousuja on kaksi, koska ilmastointikanavia ei ole haluttu johtaa kapselin siirtokäytävän läpi. Näin siirtokäytävän säteilysuojaseiniin joudutaan tekemään vähemmän läpivientejä ja siirtokäytävään jää enemmän tilaa. Valvonta-alueella polttoaineen käsittelykammiossa ja kapselien puskurivarastossa on erilliset jäähdytysjärjestelmät. Polttoaineen käsittelykammion jäähdytysjärjestelmässä on lisäksi suodattimet, joilla suodatetaan käsittelykammiossa ilmaan mahdollisesti vapautuvia aktiivisia hiukkasia. Polttoaineen vastaanottotilassa ja kapselihissin konehuoneessa on ulkoa ulos-periaatteella toimiva ilmanvaihto. Muun valvonta-alueen tuloilma tuotetaan kapselointilaitoksen tuloilmakeskuksessa valvomattomalla alueella ja poistetaan valvonta-alueen poistoilmakeskuksen kautta. Valvonta-alueen tilat pidetään alipainejärjestelmän avulla alipaineisina valvomattoman alueen tiloihin nähden. Valvonta-alueella polttoaineen käsittelykammio, dekontaminointikeskus ja korjaamo pidetään alipaineisina muihin valvonta-alueen tiloihin nähden. 6.2 Valvonta-alueen alipainejärjestelmä Alipainejärjestelmän toimintaperiaatteet ovat: Koko kapselointilaitos pidetään alipaineisena ulkoilmaan nähden Valvonta-alueen tilat pidetään alipaineisina valvomattoman alueen tiloihin nähden Polttoaineen käsittelykammio sekä dekontaminointikeskus ja korjaamo ovat alipaineisia muihin valvonta-alueen tiloihin nähden Valvonta-alueen sisäiset paine-erot saadaan aikaiseksi säätämällä tulo- ja poistoilmavirtauksia. Jotta huonetiloihin saadaan tarvittava alipaine, on rakenteiden, läpivientien ja ovien oltava tiiviitä. Kapselointilaitoksen kaikki tilat pidetään vähintään 20 Pa alipaineisina ulkoilmaan nähden. Valvonta-alueen tilat ovat 50 Pa alipaineisia valvomattoman alueen tiloihin näh-
18 den. Polttoaineen käsittelykammio, dekontaminointikeskus ja korjaamo ovat muihin valvonta-alueen tiloihin nähden 50 Pa alipaineisia. 6.3 Polttoaineen käsittelykammion jäähdytys- ja suodatusjärjestelmä YVL-ohjeen 1.0 mukaisesti sellaisia laitoksen tiloja varten, joiden ilmatilaan voi joutua merkittäviä määriä radioaktiivisia aineita, on suunniteltava ilmastointi- ja suodatusjärjestelmät, joiden tehtävä on: vähentää laitostilojen ilman sisältämien radioaktiivisten aineiden pitoisuuksia estää radioaktiivisten aineiden leviäminen muihin laitostiloihin rajoittaa radioaktiivisten aineiden pääsyä ympäristöön. Näiden ilmastointi- ja suodatusjärjestelmien tulee toimia suunnitellulla tehollaan myös yksittäisvikautumisen sattuessa käyttötilanteissa ja oletettujen onnettomuuksien aikana. Käsittelykammion jäähdytysjärjestelmän tarkoitus on: Käytetyn polttoaineen jälkilämmön poisto Aktiivisten hiukkasten suodattaminen Jäähdytysjärjestelmän periaatekaavio on esitetty kuvassa 7. Kuvassa 8 on kuva jäähdytysjärjestelmästä. Järjestelmä koostuu tulo- ja poistoilmakanavasta, esi- ja HEPAsuodattimista (engl. High Efficiency Particulate Arrestor), jäähdytyspatterista ja puhaltimesta. Järjestelmä on kahdennettu ja dieselvarmennettu. Järjestelmää käytetään, kun polttoaineen käsittelykammiossa on polttoainetta. Jäähdytystehoa säädetään käsittelykammiossa olevan lämpökuorman mukaan. Poistoilma Polttoaineen käsittelykammio Tuloilma Kuva 7. Polttoaineen käsittelykammion jäähdytys- ja suodatusjärjestelmän ja ilmastoinnin periaatekuva.