Kaukolämpöjohtojen suunnitteluja rakentamisohjeet

Kaukolämpöjohtojen suunnitteluja rakentamisohjeet Raportti L11/2003

Suomen Kaukolämpö ry 2003 ISSN 1238-9315 Sky-kansio 2/6

Kaukolämpöjohtojen suunnitteluja rakentamisohjeet

SUOMEN KAUKOLÄMPÖ RY RAPORTTI L11/2003 1 (46) Tässä raportissa on esitetty kaukolämpöjohtojen suunnittelua ja rakentamista koskevat yleistasoiset ohjeet, keskittyen kiinnivaahdotettuun teräsputkirakenteeseen. Raportti on tarkoitettu raamiksi, jonka pohjalta jokainen voi rakentaa omat ohjeensa ja menettelynsä paikallisiin olosuhteisiin soveltuen. Tarkoitus on kuitenkin kehittää ja yhtenäistää kaukolämpöyritysten verkonrakennustoimintaa. Ohjetta täydentävät alan standardit ja Suomen Kaukolämpö ry:n (Sky) suositukset ja raportit. Standardit ja suositukset, joihin tämä raportti pohjautuu ja joihin raportissa on viitattu, on luetteloitu liitteessä 1. Tämä ohje ei korvaa valmistajien suunnittelu- ja asennusohjeita, joiden antamia yksityiskohtaisempia ja tuotekohtaisempia ohjeita ja menettelyjä on rakentamisessa syytä aina noudattaa. Ohjeen on laatinut työryhmä, johon ovat kuuluneet: Pekka Viitanen Eero Kiiskinen Antti Saviniemi Veli-Pekka Sirola Tampereen Sähkölaitos Vantaan Energia Oy Helsingin Energia Suomen Kaukolämpö ry Lämmönjakelutoimikunta: Puh.joht. Trygve Strandell Vantaan Energia Oy Christer Allén Porvoon Energia Oy - Borgå Energi Ab Pekka Laaksonen Vattenfall Kaukolämpö Oy Rauli Saarela Oy Turku Energia - Åbo Energi Ab Antti Saviniemi Helsingin Energia Pentti Valta Lahti Energia Oy Pekka Viitanen Tampereen Sähkölaitos Sihteeri Veli-Pekka Sirola Suomen Kaukolämpö ry

2 SUOMEN KAUKOLÄMPÖ RY RAPORTTI L11/2003 KAUKOLÄMPÖJOHTOJEN SUUNNITTELU- JA RAKENTAMISOHJEET SISÄLTÖ sivu A. RAKENTEET JA SUUNNITTELU 1 Putkijärjestelmät 5 1.1 Kiinnivaahdotettu putkijärjestelmä 5 1.1.1 Yksiputkirakenne 2Mpuk 5 1.1.2 Kaksiputkirakenne Mpuk 5 1.1.3 Teräsputki 5 1.1.4 Suojakuori 6 1.1.5 Eristys 6 1.1.6 Elektroninen valvontajärjestelmä 6 1.1.7 Liitosrakenteet 6 1.1.8 Laadunvalvonta 6 1.1.9 Työmaalla valmistettavat osat 6 1.2 Joustavat putkijärjestelmät 6 1.2.1 Yleistä 6 1.2.2 Metalliputkijärjestelmät 7 1.2.3 Muoviputkijärjestelmät 7 1.3 Muut putkijärjestelmät 7 2 Suunnittelu- ja mitoitusperiaatteet 7 2.1 Verkon yleissuunnittelu 8 2.2 Johtojen virtaustekninen suunnittelu ja mitoitus 8 2.2.1 Liittymisjohdot (talojohdot) 8 2.2.2 Runkojohdot 9 2.3 Johtojen lujuustekninen suunnittelu ja mitoitus 9 2.4 Asennusmenetelmät 9 2.4.1 Kitkakiinnitetty asennus 10 2.4.2 Kompensoitu asennus 11 2.4.3 Yhdistelmät ja muunnelmat 11 3 Asennusohjeet 11 3.1 Lämpöliikkeen vastaanotto ja kompensointi 11 3.1.1 Kompensointitavat 12 3.1.2 Lämpöliikkeen tilajärjestelyt 12 3.2 Kiintopisteet 13 3.3 Suunnanmuutokset 13 3.3.1 Yleistä 13 3.3.2 Suunnanmuutos viistesaumalla 14 3.3.3 Suunnanmuutos kulmaelementillä 14 3.3.4 Suunnanmuutos taivutetulla kaukolämpöputkella 14 3.4 Haaroitukset 15 3.4.1 Yleistä 15 3.4.2 Haaroitus esivalmistetuilla johdon osilla 15 3.4.3 Haaroitus poraamalla 15 3.4.4 Haaroitus betonikaivoissa 15 3.5 Venttiilit 16 3.5.1 Yleistä 16 3.5.2 Sulkuventtiilit ja -venttiilielementit 16

3 3.5.3 Tyhjennykset 16 3.5.4 Ilmanpoistot 16 3.6 Jatkokset 16 3.7 Läpiviennit 17 3.8 Sähköiset kytkennät 17 4 Liittymis- ja erikoisjohtojen suunnittelu 17 4.1 Liittymisjohdot 17 4.1.1 Yleissuunnittelu 17 4.1.2 Liittymisjohdon suunnittelu 18 4.1.3 Rakentaminen 18 4.1.4 Huolto ja kunnossapito 19 4.2 Silta- ja tunnelijohdot sekä vesistöalitukset 19 4.2.1 Kaukolämpöjohdot silloissa 19 4.2.2 Tunnelijohdot 20 4.2.3 Vesistöalitukset 20 4.3 Liikenneväylien alitukset 20 4.4 Esijännitetyt putkielementit 21 B. RAKENTAMINEN JA ASENNUS 5 Maarakennus 22 5.1 Yleistä 22 5.2 Kaivanto 23 5.3 Johtoalusta 23 5.4 Salaojitus 24 5.5 Betonityöt 24 5.5.1 Kiintopisteet 24 5.5.2 Haarajohdot 24 5.5.3 Erillisvalukohdat 24 5.5.4 Teräsbetonin purkaminen 24 5.5.5 Läpiviennit 24 5.6 Kaivot 25 5.6.1 Elementtikaivot 25 5.6.2 Maaventtiilikaivot 25 5.6.3 Rengaskaivot 25 5.6.4 Valukaivot 25 5.7 Sillat 25 5.8 Muut johdot ja kaapelit 25 5.8.1 Kaapelit 26 5.8.2 Kaasuputket 26 5.8.3 Vesi- ja viemärijohdot 26 5.9 Lopputäyttö 26 5.10 Johtojen merkintä 27 5.11 Päällysteen ja pinnan ja entisöinti 27 5.12 Muut maarakennustyöt 27 5.12.1 Massanvaihdot ja siirtymäkiilat 27 5.12.2 Liikenneväylien alitukset 27 6 Putkiasennus 28 6.1 Elementtien käsittely ja varastointi 28 6.2 Elementtien käsittely kylmässä T < 0 C 28 6.3 Putkiasennus 29 6.3.1 Yleistä 29 6.3.2 Mpuk- ja 2Mpuk-elementtijohto 29 6.4 Virtausputkien yhteen liittäminen 29 6.4.1 Teräsputket 29 6.4.2 Kupariputket 30 6.4.3 Muoviputket 30 6.5 Putkiston huuhtelu 31

4 6.6 Kiinnivaahdotettujen johtojen liitokset 31 6.7 Päätyholkit 31 6.8 Esijännitys 31 6.9 Esilämmitys 31 6.10 Hälytyslangat 32 6.11 Painekoe 32 7 Käytössä olevat kaukolämpöjohdot 32 7.1 Putken katkaisu 32 7.2 Haaroitus porausmenetelmällä 32 7.3 Eri johtotyyppien liittäminen toisiinsa 33 7.4 Kaivu olemassa olevan kaukolämpöjohdon läheisyydessä 33 7.5 Vanhojen kaukolämpöjohtojen korjaus ja poisto 34 8 Laadunvarmistus 34 8.1 Yleistä 34 8.2 Laatusuunnitelma / urakkaohjeet / tekniset määräykset 35 8.2.1 Yleistä 35 8.2.2 Suunnittelu 35 8.2.3 Materiaalit 35 8.2.4 Rakentaminen 35 8.3 Koestukset, testit ja tarkastukset asennustyön yhteydessä 36 8.3.1 Elementit ja valmisosat 36 8.3.2 Virtausputket 36 8.3.3 Suojaputkisaumaukset 38 8.3.4 Liitoseristykset 38 8.3.5 Kosteudenvalvontajohtimet 39 8.4 Tilaajan työnvalvonta 39 8.5 Dokumentointi 40 8.5.1 Yleistä 40 8.5.2 Laatu-, pätevyys- ja auktorisointitodistukset ja -asiakirjat 40 8.5.3 Testaus- ja tarkastuspöytäkirjat ja -dokumentit 40 8.5.4 Piirustukset 40 8.6 Rakennetun johdon vastaanotto 41 8.7 Johdon käyttöönotto 41 LIITTEET Liite 1 Viitestandardit ja -julkaisut 42 TYYPPIPIIRUSTUKSET Kaivannon mitat paisuntakulmissa (piirustus nro Sky - 255 A) 44 2Mpuk-johto. Kanavan tyyppipiirustus (piirustus nro Sky - 119 C) 45 Mpuk-johto. Kanavan tyyppipiirustus (piirustus nro Sky - 114 B) 46

5 SUOMEN KAUKOLÄMPÖ RY RAPORTTI L11/2003 KAUKOLÄMPÖJOHTOJEN SUUNNITTELU- JA RAKENTAMISOHJEET A RAKENTEET JA SUUNNITTELU 1 Putkijärjestelmät 1.1 Kiinnivaahdotettu putkijärjestelmä Kiinnivaahdotetulla putkijärjestelmällä tarkoitetaan järjestelmää, jossa polyuretaanieristeellä on kiinteästi yhteenliitetty teräksinen virtausputki ja polyeteenisuojakuori. Lämpötilan muutoksista aiheutuvat kuormitukset otetaan vastaan aksiaalijännityksinä teräsputkeen vastustamalla pituuden muutoksia vaipan ja ympäröivän maan välisen kitkan avulla. Kiinnivaahdotetut elementit ja valmisosat on valmistettu Sky:n suosituksen L1 mukaan. Kaikki tässä ohjeessa annetut ohjearvot perustuvat 1,6 MPa (16 bar) maksimipaineeseen sekä 120 C jatkuvaan ja 140 C hetkelliseen maksimilämpötilaan. Normaaleissa käyttökohteissa ja -olosuhteissa elementtien ja valmisosien teknisen käyttöiän ja pitkäaikaisen lämpötilakestävyyden tulee olla vähintään 30 vuotta jatkuvassa käyttölämpötilassa 120 C, vähintään 50 vuotta jatkuvassa käyttölämpötilassa 115 C ja yli 50 vuotta tätä alemmassa käyttölämpötilassa. 1.1.1 Yksiputkirakenne 2Mpuk Valmiiksi eristetty rakenne, jossa polyuretaanieristeellä on kiinteästi yhteen liitetty teräksinen virtausputki ja polyeteenisuojakuori, ns. yksiputkielementti. 1.1.2 Kaksiputkirakenne Mpuk Valmiiksi eristetty rakenne, jossa polyuretaanieristeellä on kiinteästi yhteen liitetty molemmat teräksiset virtausputket ja polyeteenisuojakuori, ns. kaksiputkielementti. 1.1.3 Teräsputki Virtausputkena käytetään hitsattuja tai saumattomia teräsputkia. Kaukolämpöjohdoissa käytettävät teräsputket ja -käyrät on määritelty Sky:n suosituksessa L7.

6 1.1.4 Suojakuori Polyeteenisuojakuorta koskevat vaatimukset on määritelty Sky:n suosituksessa L1. 1.1.5 Eristys Eristys on polyuretaania. PUR valmistetaan sekoittamalla lisäaineita sisältävä polyoliseos isosyanaatin (MDI) kanssa. Eristeenä käytettävää polyuretaania koskevat vaatimukset on määritelty Sky:n suosituksessa L1. 1.1.6 Elektroninen valvontajärjestelmä Mikäli kiinnivaahdotetun kaukolämpöjohdon kuntoa valvotaan elektronisella kosteudenvalvontajärjestelmällä, varustetaan elementit ja valmisosat standardiluonnoksen pren 14419 (valmistuttuaan SFS-EN 14419) mukaisesti hälytysjohtimilla. 1.1.7 Liitosrakenteet Elementtien jatkokset toteutetaan kutistus-, hitsaus- tai mekaanisina liitoksina. Liitosrakenteita ja -materiaaleja koskevat vaatimukset on määritelty Sky:n suosituksessa L2. 1.1.8 Laadunvalvonta Kiinnivaahdotetut elementit on valmistetaan standardien SFS-EN 253, 448 ja 488 sekä Sky:n suosituksen L1 mukaan. Kiinnivaahdotettujen elementtien, valmisosien ja liitosratkaisujen laatua valvotaan Muoviteollisuus ry:n (MT) ja Sky:n organisoiman laadunvarmistusjärjestelmän mukaisesti. Järjestelmä on tiivistetysti kuvattu Sky:n raportissa L10. 1.1.9 Työmaalla valmistettavat osat Käytettäessä muita kuin tehdasvalmisteisia valmisosia (ns. työmaaosat) tulee näiden tekemiseen käytettyjen teräsosien, suojakuoren, eristyksen ja liitosrakenteiden olla soveltuvin osin kohtien 1.1.3-1.1.7 mukaisia. 1.2 Joustavat putkijärjestelmät 1.2.1 Yleistä Tässä yhteydessä joustavilla järjestelmillä tarkoitetaan sellaisia järjestelmiä, joissa putki on taivutettavissa työmaalla (joko työkalujen kanssa tai ilman) ja jotka joko joustavan rakenteensa tai materiaalinsa johdosta kykenevät kompensoimaan lämpöliikkeet. Markkinoilla on useita materiaaleiltaan ja rakenteeltaan erilaisia putkijärjestelmiä.

7 Joustavia putkijärjestelmiä joko yksi- tai kaksiputkirakenteena on pääasiassa käytetty pienemmissä dimensioissa (DN 20-80). Yksityiskohtaisempi informaatio on löydettävissä valmistajien tuotekansioista. Joustavien putkijärjestelmien vähäisen käytön vuoksi kaukolämmössä ei Sky ole niille laatinut suositusta, mutta esieristetyille joustaville putkijärjestelmille on valmisteilla eurooppalaiset standardit. 1.2.2 Metalliputkijärjestelmät Virtausputkena voi olla esimerkiksi kylmävedetty tarkkuusteräs, korrugoitu ruostumaton teräs sekä hehkuttamaton tai hehkutettu kupari. Lämpöeristeenä käytetään polyuretaania ja suojakuorena polyeteeniä. Putket toimitetaan joko kankitavarana tai eri mittaisina kieppeinä, mikä mahdollistaa johtoasennuksen ilman jatkossaumoja. Asennusnopeus on perinteistä jäykkää järjestelmää suurempi. Tyypillisiä käyttökohteita ovat talojohdot tai pienet jakelujohdot. 1.2.3 Muoviputkijärjestelmät Muoviputkien käyttö kaukolämpöjohdoissa on Suomessa ollut vähäistä. Muoviputkien ongelma kaukolämpökäytössä on niiden lämpötilan (max. n. 80 C jatkuvana ja n. 95 C hetkellisenä) ja paineen (max. 10 bar) kesto. Virtausputkimateriaalina on usein PEX, joskus PB ja PP. Muoviputken läpi kaukolämpöveteen tapahtuvan happidiffuusion ja toisinpäin tapahtuvan vesihöyrydiffuusion estämiseksi putket pinnoitetaan diffuusionestokerroksella. Eristeenä on useimmiten polyuretaanivaahto (kova tai puolikova) kiinnivaahdotetussa rakenteessa ja polyuretaani tai vaahdotettu polyeteeni kiinnivaahdottamattomissa rakenteissa. Suojaputkimateriaalina on yleensä PE(LD). Putket toimitetaan eri mittaisina kieppeinä ja voidaan asentaa ilman jatkosaumoja, jolloin asennusnopeus on perinteistä jäykkää järjestelmää suurempi. Tyypillisiä käyttökohteita ovat pääverkkoon alueellisesti kytketyn ns. matalalämpötilaverkon (esim. pientaloalue) johdot. 1.3 Muut putkijärjestelmät Maassa on myös runsaasti vanhoja putkijärjestelmiä, kuten betonikanavarakenteita sekä Mpul-rakennetta (mm. ns. Fiskatherm-johtoja), joita ei enää rakenneta. Lisäksi johtoja rakennetaan rakennusten sisään, tunneleihin ym. erikoisolosuhteisiin. Näitä ei tässä raportissa käsitellä. 2 Suunnittelu- ja mitoitusperiaatteet Suomessa kaukolämpöverkot rakennetaan käyttäen 2-putkijärjestelmää, joka toimii lämminvesialueella (menovesi max. 120 C). Mitoituspaine on 1,6 MPa. Käyttöaineena on käsitelty kaukolämpövesi, ominaisuudet Sky:n suosituksen KK3 mukaiset. Kaukolämpöverkon mitoitusperusteena on mahdollistaa lämpölaitokselta/-laitoksilta kulutusalueelle kussakin käyttötilanteessa siirrettäväksi suunniteltu lämpöteho. Useiden lämpölaitosten syöttämässä verkossa erityisesti tuotantolaitosten välisten johtojen mitoitus määräytyy osakuormitustilanteissa, jolloin osa lämpölaitoksista on poissa käytöstä.

8 Kaukolämpöverkon lämpöhäviöt ovat samaa suuruusluokkaa kuin lämpölaitosten savukaasuhäviöt. Usein lämpöhäviöt jätetään kuitenkin vaille huomiota. Tosiasiassa verkon huolellisella ajolla voidaan lämpöhäviöihin vaikuttaa useita prosenttiyksiköitä. 2.1 Verkon yleissuunnittelu Kaukolämpöverkon yleissuunnittelussa ja mitoituksessa lähtökohdan muodostavat selvitykset ja päätökset kaukolämpöön liitettävistä alueista, näiden tehontarpeesta ja sen ajallisesta kehittymisestä sekä tuotantolaitosten sijainti, teho ja rakentamisen ajoitus. Yleisperiaatteena on, että verkon osat mitoitetaan ajatellen niiden toimintaa tulevassa, "lopullisessa" verkossa. Verkon yleissuunnittelussa sekä siirtojohtojen ja yleensä jakelujohtojen mitoituksessa huomioidaan ko. alueen nykyisen tehontarpeen lisäksi kaavoituksen ym. suunnitelmien pohjalta myös tulevat tarpeet esim. 10-15 vuoden tähtäimellä. Tosin verkkoa ei välttämättä kannata rakentaa näin pitkällä tähtäimellä, vaan siirtokapasiteettia voidaan myöhemmin lisätä esim. rakentamalla välipumppuasema. Mahdolliset tulevat "ahtaat" haarat voidaan vahvistaa välipumppauksella tai rakentamalla lisäyhteys. Laajojen ja silmukoitujen verkkojen laskenta ja mitoitus käsin on kohtuuttoman työlästä. Sen vuoksi niiden suunnittelua ja analysointia varten on kehitetty tietokoneohjelmia. 2.2 Johtojen virtaustekninen suunnittelu ja mitoitus Verkon mitoitukseen vaikuttavat tekijät: - rakennusten ominaistehontarve W/m³ - tilausvesivirta m³/h - ominaispainehäviö, bar/km - meno- ja paluuveden lämpötilaero mitoitustilanteessa - etäisyys laitoksesta Yleissuunnittelusta sekä siirto- ja jakelujohdoista poiketen liittymisjohtojen sekä pienten jakelujohtojen mitoituksessa huomioidaan vain olemassa oleva ja suurella varmuudella toteutuva rakennuskanta. Lähtökohtana mitoituksessa on verkossa ko. johdon lähtöpisteessä vallitseva paine-ero sekä se, että kaukaisimmallekin asiakkaalle taataan 60 kpa paine-eroa. Verkon mitoitus suoritetaan huippukulutustilanteen mukaisesti. Johtojen mitoituksen määrää kierrätettävä vesivirta. Tämä taas riippuu johdon kautta siirrettävästä lämpötehosta sekä meno- ja paluuveden välisestä lämpötilaerosta. Koska tarvittava lämpöteho on annettu eikä siihen lämpölaitos voi juurikaan vaikuttaa, on tarkoituksenmukaista pyrkiä saamaan T eli veden jäähdytys niin suureksi kuin mahdollista virtauksen ja siten putkidimensioiden pienentämiseksi. 2.2.1 Liittymisjohdot (talojohdot) Lämmityksen ja ilmanvaihdon huipputehon ja käyttöveden lämmityksen tarvitsema vesivirta määräävät johdon mitoituksen.

9 T = 50...70 C. Mitoituspainehäviö: - yleisesti 2 bar/km putkea - verkon latvaosille 1 bar/km putkea. Lähellä syöttöpistettä talojohdon painehäviö voi olla suurempi kuin latvaosilla, koska alkupään haarojen painehäviö ei lisää pumppauksen painehäviöitä. 2.2.2 Runkojohdot Alueen lasketun ja/tai ennakoidun huipputehon tarvitsema vesivirta määrää verkon mitoituksen. Mitoitusteho Ø mit saadaan, kun alueen kiinteistöjen yhteenlaskettu liittymisteho Ø kok kerrotaan samanaikaisuuskertoimella Ø mit = (0,7... 1,0) x Ø kok T = 40...50 C. Peruskuormalaitoksilta lähtevät siirtojohdot mitoitetaan väljemmin pienemmällä, esim. 30 C:een lämpötilaerolla, jotta huippulaitosten ollessa pois käytöstä peruskuormalaitoksen teho saadaan syötetyksi pitemmälle verkkoon. Mitoituspainehäviö: - yleensä 1 bar/km putkea - poikkeustapaukset 2 bar/km putkea. 2.3 Johtojen lujuustekninen suunnittelu ja mitoitus Teräsputkien mitat muuttuvat tunnetusti lämpötilan mukaan. Pituussuunnassa lämpötilan muutos aiheuttaa putkeen lineaarisen muutoksen, mikäli putkeen ei vaikuta ulkopuolisia voimia. Lämpötilamuutosten aiheuttamat kuormitukset pääasiassa määrittävät johdon lujuusteknisen mitoituksen sekä asennusmenetelmän em. kuormitusten ja lämpöliikkeiden kompensoinnin suhteen. 2.4 Asennusmenetelmät Kiinnivaahdotetussa elementtijärjestelmässä suojakuori, lämpöeristys ja virtausputki muodostavat kokonaisuuden. Elementtiasennus suoritetaan ns. kitkakiinnitettynä asennuksena. Liikkuvista putkijärjestelmistä periytynyttä ns. kompensoitua asennusmenetelmää käytetään enää vain erikoisolosuhteissa.

10 2.4.1 Kitkakiinnitetty asennus Menetelmä merkitsee, että putki ottaa lämpötilamuutosten aiheuttamat kuormitukset vastaan virtausputkeen syntyvien jännitysten muodossa (ns. "no comp"-järjestelmä). Menetelmä merkitsee, että: - mitään erityisiä lämpöliikkeen kompensointielimiä ei tarvita - pienet aksiaaliset lämpöliikkeet huomioidaan laajennuskohdissa - lämpöliikettä vastaanottavia materiaaleja tai tilajärjestelyjä tarvitaan ainoastaan erikoistapauksissa - kaukolämpöjohto on suurimmalta osin liikkumattomana ns. nollaasennossa - kitkakertoimen vaihtelun ei tarvitse olla tiedossa, menetelmä tekee kaukolämpöjohdosta itsesäätyvän - lämpöliikkeiden laskenta saatetaan ylimitoittaa silloin, kun liikkeet esiintyvät harvoissa kohdissa - asennussyvyyden vaihtelulla ei ole merkitystä - kiintopisteitä tarvitaan vain erikoistapauksissa 2.4.1.1 Esilämmitetty asennus Kaukolämpöjohto esilämmitetään avoimessa kaivannossa ennalta määriteltyyn ns. kiinnityslämpötilaan. Sen jälkeen kaivanto täytetään. Teräsputki ottaa tällöin jännityksinä vastaan lämpötilan muutoksista aiheutuvat voimat. Jännitykset rajoitetaan sallittuihin arvoihin siten, että kiinnityslämpötila sovitetaan käyttölämpötilan vaihteluväliin. Esilämmitys tapahtuu ennen saumausta siten, että virtausputki saa oikean lämpötilan jatkosten vaahdotustilanteessa. Esilämmityslämpötila tulee aina ilmoittaa kaukolämpöputkiston suunnittelijan toimesta. Yleinen sääntö on, että esilämmityslämpötila on n. 50 C matalampi kuin suurin käyttölämpötila. 2.4.1.2 Kylmäasennus Uutta kehitystä edustaa kitkakiinnitys ilman esilämmitystä, eli ns. kylmäasennus. Esilämmityksen poisjättämisen ja kylmäasennuksen mahdollistaa väsymiseen perustuva lujuustekninen mitoitus. Menetelmässä määräävänä tekijänä on jännitysvaihtelujen koko ja lukumäärä. Tietyissä rajoissa hyväksytään myös myötörajan ylittävät jännitykset teräsputkessa. Kylmäasennus on johdon rakenteen ja rakentamisen suhteen yksinkertaisin asennusmenetelmä. Sitä käytettäessä päästään nopeaan ja edulliseen asennukseen, ilman kiintopisteitä ja paisuntajärjestelyjä. Kaivantoa voidaan täyttää johtoasennuksen edistymisen mukaan. Kulloinkin avoinna oleva johtokaivanto on lyhyt ja helpommin valvottavissa. Etujensa vastapainoksi menetelmä edellyttää kuitenkin tarkempaa suunnittelua sekä eräiden rakenteellisten ja asennusteknisten tekijöiden huomioimista johtuen johdossa valitsevasta korkeasta jännitystasosta sekä lisääntyneistä liikkeistä ja maan vastavoimista kulmakohdissa. Jännitysten kasautuminen ja jännityshuippujen syntyminen saattaa aiheuttaa paikallisia nurjah

11 duksia ja väsymismurtumia johdon heikoimpiin kohtiin, kuten haaroihin, kulmiin, pieniin suunnanmuutoksiin, hitsaussaumoihin, joissa on sivuttaissiirtymää tai kohtiin, joissa putken seinämän paksuus syystä tai toisesta on ohuempi. Haaroituskappaleet täytyy usein vahvistaa. Venttiilien täytyy kestää ja toimia suuremman jännityksen alaisina. Polyuretaanin kasvavat puristusjännitykset suunnanmuutoksissa täytyy huomioida. Viistesaumoja voidaan käyttää vain hyvin pieniin suunnanmuutoksiin (valmistajan ohjeiden mukaan, yleensä enintään 2 º). Hitsausaumojen laatuvaatimukset korostuvat. Samoin liitosvaahdotuksen onnistumista edesauttava liitoskohdan kuivuminen ja lämpeneminen esilämmitettäessä jäävät pois. Riski teräsputken paikallisesta nurjahduksesta kitkakiinnitetyllä osuudella korkean aksiaalijännitystason johdosta rajoittaa kylmäasennuksen suositeltavan sovellusalueen DN 300 ja pienempiin johtoihin. Jos kylmäasennus edellyttää projektikohtaista hyvin monimutkaista ja yksityiskohtaista laskentaa ja suunnittelua rakennettavalle johtolinjalle sekä runsaasti erikoisratkaisuja rakentamisessa, ei sillä liene tulevaisuutta. Sen sijaan, jos päästään edellä mainittuun yksinkertaiseen ja nopeaan rakentamiseen nykyisen kaltaisella taulukkomitoituksella ja selkeillä asennusohjeilla voi kylmäasennus menestyä ja yleistyä nopeastikin. 2.4.2 Kompensoitu asennus Menetelmän mukaan etäisyys johdon ns. vapaasta päästä johto-osuuden keskipisteeseen tietyllä johto-osuudella rajoitetaan enintään kitkapituuteen. Menetelmässä johto varustetaan kompensointielimillä, kuten paljetasaimilla ja kiintopisteillä. Lämpötilamuutosten aiheuttamat kuormitukset puretaan kiintopisteiden ohjaamana kompensointikohtien liikkeiksi. Menetelmää käytettäessä kaivanto voidaan täyttää johtoa esilämmittämättä. Tätä vapaasti liikkuvista putkijärjestelmistä periytynyttä asennusmenetelmää käytetään enää vain erikoisolosuhteissa. 2.4.3 Yhdistelmät ja muunnelmat Perusratkaisuista muunneltuja asennusmenetelmiä ovat mm. kitkakiinnitetty asennus ns. kertatasainta käyttäen (esilämmitystä ei tarvita) ja jäykkä asennus kiintopisteillä (esilämmitys tarvitaan). Käytännössä samassa verkossa tai johtolinjassa usein esiintyy eri asennustapoja tai näiden variaatioita. Tietyn johdon asennustavat ja lämpöliikkeen kompensointijärjestelyt on tarpeen tietää ja tuntea, kun johtoa myöhemmin jatketaan, perusparannetaan tai korjataan. 3 Asennusohjeet 3.1 Lämpöliikkeen vastaanotto ja kompensointi Kitkakiinnitetyssä asennuksessa kaukolämpöputket kiinnitetään paikalleen maan kitkan avulla.

12 Ns. vapaan pään läheisyydessä kitkavoima ei kuitenkaan riitä kumoamaan putken lämpölaajenemisvoimia. Siten vapaa pää ei ole täysin kitkakiinnitetty, vaan "kitkaestetty", mikä tarkoittaa, ettei se ole täysin liikkumaton, vaan voi rajoitetusti liikkua putken lämpötilamuutosten vaikutuksesta. Tämän tyyppinen liikkuminen täytyy vastaanottaa lämpöliikettä sallivien kompensointielimien tai lämpöliikkeen tilajärjestelyjen avulla. Lämpöliikkeiden pienentämiseksi suositellaan johtojen esilämmitystä ennen kanavan täyttöä siten, että kompensointikohdissa ei esiinny jännityksiä n. 70 C:ssa. 3.1.1 Kompensointitavat Normaalisti lämpöliike kompensoidaan L- tai Z-kulmilla (ns. luonnollinen kompensointi), erikoistapauksissa myös U-kulmilla ja paljetasaimilla. Lämpöliikkeen kompensoinnin järjestely esitetään suunnitelmissa. Jos maaperässä olevien odottamattomien esteiden vuoksi kompensointielinten suunniteltua sijoitusta tai L- tai Z-kulman mitoitusta täytyy muuttaa, niin ennen muutosten tekoa tulee aina ottaa yhteyttä suunnittelijaan tarkastuslaskennan ja mahdollisen uudelleen sijoittelun vuoksi. 3.1.1.1 L- ja Z-kulmat L- ja Z-kulmia voidaan valmistaa etukäteen tai koota paikanpäällä. Kompensointiin käytettyjen elementtien lujuustekninen mitoitus suoritetaan siten, että elementit pystyvät kompensoimaan tarvittavan lämpöliikkeen. 3.1.1.2 Paljetasaimet Lähinnä tilasyistä voidaan lämpöliikkeen kompensointiin käyttää myös kaivoon asennettuja paljetasaimia tai kanavaan asennettuja paljetasainelementtejä. Tasaimia käytettäessä on tarkkaan huomioitava järjestelmää kuormittavat voimat sekä seurattava toimittajan asennusohjeita. 3.1.2 Lämpöliikkeen tilajärjestelyt Tapauskohtaisista edellytyksistä riippuen voidaan kompensointikohtien yhteyteen järjestää liikkumatilaa monin eri tavoin. 3.1.2.1 Hiekka Lämpöliikkeen luonnollisia kompensointielimiä suoraan maahan asennettuna on käytetty jo useita vuosia. Teoreettiset laskelmat osoittavat tällaisella asennustavalla täydellä kitkapituudella L f suuria kuormituksia kulmissa. Käyttöönoton yhteydessä, nostettaessa putken lämpötila asennuslämpötilasta esilämmitys- tai käyttölämpötilaan syntyvän lämpöliikkeen minimoimiseksi onkin suositeltavaa suorittaa esilämmitys ennen johdon käyttöönottoa mitoituslämpötilasta riippuen noin 70 C:een. Käyttöönoton jälkeen käytön aikana esiintyvät lämpöliikkeet ovat suhteellisen pieniä.

13 Menetelmän käytössä pitää huomioida seuraavat seikat: - Kompensointikohtien liikkeiden minimoimiseksi tulee kaukolämpöputkien ympärystäyttömateriaalin tiivistäminen suorittaa koko matkalla siten, että kitkakerroin on aina vähintään 0,4. - Mahdollisen kylmäasennuksen yhteydessä suositellaan kompensointikohtien täyttö ja tiivistys suoritettavaksi vasta käyttöönoton jälkeen. Muussa tapauksessa on riski, että polyuretaanieristykseen kohdistuvat kuormitukset kulmakohdissa kasvavat liian suuriksi. - Liikekulman liikkumatilan tulee olla erittäin kiinteässä maassa (kiinteä moreeni) tai louhitussa kaivannossa noin 2 x D u (elementin ulkohalkaisija), kun putken pituus on 10 x D u tai enemmän. Piirustuksessa Sky 255 A on esitetty liikkumatilat esilämmitetyille järjestelmille. 3.1.2.2 Vaahtotyynyt Liikkumatilaa voidaan järjestää asettamalla elastista materiaalia, esimerkiksi polyuretaanivaahtotyynyjä johdon lämpöliikealueelle. Tyynyillä täytyy olla riittävä tiheys ja niiden paksuus valitaan siten, että suojaputken pintalämpötila ei ylitä 50 C. 3.1.2.3 Paisuntatila Kompensointikohtaan voidaan järjestää liiketilaa myös esim. suojaputkella tai esivalmistetulla tai paikalla valetulla betonirakenteella. 3.2 Kiintopisteet Normaalisti kiinnivaahdotetut kaukolämpöjohdot ovat kitkakiinnitettyjä. Kiintopisteelementtejä tulee käyttää harkiten. Kiintopisteen käyttöä voidaan harkita - kun kyseessä on toisen johdon läheisyys - kun johdossa on erittäin suuri kallistuma - kun peitesyvyys johtopituudella vaihtelee - kun suojakuoren ympärillä on pohjaveden nousemis- tai jäätymisriski - yli 1 DN-koon dimensiomuutoksissa - sallittua suuremmissa viistekulmissa - 30-60 kulmissa - muissa mahdollisissa erikoistapauksissa. Kiintopisteet mitoitetaan elementtivalmistajan ohjeiden mukaisesti. Esilämmitysvaiheessa tulee kiinnitys maahan järjestää peittämällä osia johdosta, jotta liikkeitä voidaan ohjata. Paljetasaimia käytettäessä pitää järjestää kitkapituuden päähän kiintopiste liikkeiden ohjaamiseksi. 3.3 Suunnanmuutokset 3.3.1 Yleistä Suunnittelussa tulee välttää tarpeettomia suunnanmuutoksia. Näin säästetään johdon rakennuskustannuksissa.

14 Suunnanmuutokset johtavat aina sivuttaisvoimiin, jotka kasvavat kulmanmuutosten kasvaessa. Tämän vuoksi suunnanmuutoskohtien lähellä täytyy tehdä aina huolellinen tiivistys. Suunnitelmassa esitetään suunnanmuutosten tekeminen, mitoitus ja sijainti. Mikäli suunnitelmaa ei pystytä noudattamaan, tulee muutoksista neuvotella rakennuttajan valvojan kanssa. 3.3.2 Suunnanmuutos viistesaumalla Suunnanmuutoksia voidaan toteuttaa tekemällä viistesauma suoraan kaukolämpöputkeen. Lujuusteknisesti sallitaan esilämmitetylle suoralle teräsputkelle suunnanmuutokset, jotka ovat 7. Viistesaumoja ei tulisi tehdä kulmien lähelle putken liikealueelle. Suuremmista poikkeamista päättää rakennuttajan valvoja/suunnittelija. Jos viistekulman takia ei voida asentaa tavallista liitosmuhvia, pitää suojakuoreen tehdä erikoisrakenteinen jatkos. Tekotavasta tulee neuvotella rakennuttajan valvojan kanssa. Mikäli on tarve tehdä suurempia suunnanmuutoksia, voidaan jakaa suunnanmuutos useille viistesaumoille, joista jokainen on pienempi kuin 7. 3.3.3 Suunnanmuutokset kulmaelementeillä Suunnanmuutoksilla, jotka ovat 15-30 ja 60-75, suositellaan käytettäväksi valmiita kulmaelementtejä. Näissä tapauksessa sivuttaisvoimat vastaanotetaan huolellisella esitäytöllä, jotta nurjahtamisvaara vältetään. Osana lämpöliikkeen kompensointia näitä kulmia ei voida käyttää. Kulmaelementtejä 30 < α < 60 ei suositella lainkaan käytettäväksi ilman kulman molemmin puolin sijoitettua kiintopistettä. L- ja Z-kulmissa tulee lämpöliikkeelle järjestää tilaa. Paisuntatyynyjä käytettäessä on huomioitava, että tyynyillä ei saa kokonaan peittää johtoa, koska riskinä on tällöin suojakuoren lämpötilan liiallinen kohoaminen. 3.3.4 Suunnanmuutos taivutetulla kaukolämpöputkella Taivuttamalla kaukolämpöputkea voidaan suunnanmuutos tehdä suhteellisen suurella säteellä. Kaari saadaan aikaan taivuttamalla yhteen hitsattua putkea kaarelle asennettaessa sitä kanavaan. Tasaisen kaaren takaamiseksi sekä suojakuoren ja eristyksen vahingoittumisriskin välttämiseksi tulee kaaren säteen suuruus olla vähintään 500 x teräsputken halkaisija. Taivutetulla putkella aksiaalijännitys kaarella säilyy suurelta osin muuttumattomana ja maan sivuttaisvastuksen aiheuttamat taivutusjännitykset jäävät pieniksi huolellisesti suoritetulla tiivistyksellä. Siten kitkakiinnitetty asennustapa aksiaaliliikkeiden suhteen säilyy. Käyttämällä esitaivutettua elementtiputkea (kaariputki) voidaan saada aikaan pienempi säde. Esitaivutettua elementtiputkea tehdään normaalista putkielementistä taivuttamalla ne elementtitehtaalla tai työmaalla. Työpaikalla tapahtuva taivutus tehdään elementtitoimittajan ohjeen mukaisesti.

3.4 Haaroitukset 15 3.4.1 Yleistä Haaroituksia ei saa tehdä lämpöliikkeen kompensointikohtien lähelle ilman erityistoimia. Tämän vuoksi suunnitelmassa tulee esittää haaroitusten tekotapa, mitoitus ja sijoitus. Mikäli suunnitelmaa ei pystytä toteuttamaan, on haaroitusten siirrosta tai muutoksesta neuvoteltava rakennuttajan valvojan kanssa. Haaraputki tulee hitsata runkoputkeen. Haaraa ei saa istuttaa runkoputken sisään. Kylmäasennuksessa haarat voidaan joutua vahvistamaan seinämänpaksuutta lisäämällä tai vahvistuslevyllä. Haaroituksissa siirtyy voimia runko- ja haarajohdon välillä. Näiden voimien vähentämiseksi tehdään pitkissä (> 12 m) haarajohdoissa aina Z-kulma haaraan lähelle runkojohtoa. Jos Z-kulmaa ei voida käyttää, niin yli 12 m haarajohdoissa on käytettävä vahvistettuja haarakappaleita. Kaksiputkirakenteella Z-kulmaa ei kuitenkaan tarvita. Pienemmissä haarajohdoissa voidaan käyttää ns. joustavia putkielementtejä. 3.4.2 Haaroitus esivalmistetuilla johdonosilla Haaroitus tehdään kokonaan tai osittain esivalmistetuista johdonosista. Koska tämän menetelmän mukainen haaroitus tehdään niin, että yksiputkirakenteella haarajohto normaalisti sijoittuu eri tasoon kuin runkojohto, on tärkeää tarkastaa, että johtoalusta ja maatäyttö tehdään huolellisesti liittymiskohdassa siten, että haarajohto tulee koko pituudeltaan tiiviisti maata vasten. Haaroitusta ei suositella tehtäväksi alta ottona kuin poikkeustapauksissa, sillä mahdolliset epäpuhtaudet pääjohdossa kulkeutuvat ja jäävät haaroituskohtaan. 3.4.3 Haaroitus poraamalla Haaroitus käytössä olevaan kaukolämpöjohtoon tehdään normaalisti poraamalla. Poraus suoritetaan laitevalmistajan ohjeiden ja Sky:n suosituksen L6 mukaan. 3.4.4 Haaroitus betonikaivoissa Tietyissä tapauksissa, esimerkiksi sulkuventtiilin, ilmanpoiston sekä tyhjennyksen yhdistelmässä voidaan haaroitus tehdä kaivossa.

16 3.5 Venttiilit 3.5.1 Yleistä Venttiileitä käytetään kaukolämpöverkossa linjasulkuina, ilmanpoistoon, ohitukseen ja tyhjennykseen. Venttiilit ovat Sky:n suosituksen L4 mukaisia. Venttiilien sijoituksessa on huomioitava voimat ja liikkeet, jotka voivat vaikuttaa venttiiliin ja kaukolämpöjohtoon. Tämän vuoksi sijoitussuunnitelmaan tehtävistä muutoksista tulee aina sopia yhdessä rakennuttajan valvojan kanssa. Venttiilin läheisyyteen ei suositella tehtäväksi viistekulmia, minimietäisyys on 12 m. Ilmanpoisto- ja tyhjennysventtiilit asennetaan tarvittaessa johdon korkeimpiin tai vastaavasti matalimpiin kohtiin. Mikäli mahdollista, tulee ilmanpoistot sijoittaa liittymisjohtoon kaukolämpökeskuksessa tai asiakkaille. Tyhjennyskohdat voidaan jättää pois, kun tyhjennysmäärä on pieni, tai jos tyhjennys voidaan tehdä esimerkiksi ilmanpoistoista tai jälkikäteen poraamalla. Venttiilien sijoittelun ja käytön ohjeet on esitetty Sky:n suosituksessa KK11. 3.5.2 Sulkuventtiilit ja -venttiilielementit Sulkuventtiilit on määritelty Sky:n suosituksessa L4 ja venttiilielementit suosituksessa L1. Normaalisti venttiilit asennetaan esieristettyinä venttiilielementteinä suoraan maahan. Suuremmille venttiileille voidaan harkita sijoitusta kaukolämpökaivoon. 3.5.3 Tyhjennykset Maahan asennetut tyhjennykset voidaan tehdä esivalmistetuista yhdistelmäventtiileistä, tai paikalla rakennettavista kokonaisuuksista. Jäätymisriskin vuoksi tulee kaukolämpöjohdon ja venttiilin välisen etäisyyden olla niin pieni kuin mahdollista. Jos sulkuventtiilit asennetaan kaukolämpökaivoon, asennetaan sinne myös tyhjennykset. 3.5.4 Ilmanpoistot Maahan asennetut ilmanpoistot tehdään periaatteessa samalla tavalla kuin tyhjennykset. 3.6 Elementtijatkokset Jatkospaketti sisältää kaikki ne komponentit, jotka kuuluvat ko. jatkosmenetelmään. Toisin sanoen suojakuoren jatkossaumauksen (-hitsauksen), lämpöeristyksen ja mahdollisen hälytysjohtojen liittämisen. Markkinoilta löytyy useita vaihtoehtoja seuraavista perusjatkosjärjestelmistä: