Kylmän käyttöveden lämpeneminen asuinrakennuksen putkistossa erilaisissa kuormitustilanteissa

Abstract

Kylmän käyttöveden liiallinen lämpeneminen vähentää asumismukavuutta ja lisää mikrobikasvua käyttövesiputkistossa. Käyttövesijärjestelmissä lisääntyvän patogeenisen legionellan tapausmäärät ovat kasvaneet tasaisesti Euroopassa ja Yhdysvalloissa, sillä legionelloille suotuisat kasvuolosuhteet ovat lisääntyneet yhteiskunnassamme. Vuonna 2018 voimantulleessa ympäristöministeriön antamassa asetuksessa 1047/2017 rakennusten vesi- ja viemärilaitteistoista annettiin selkeä tavoitelämpötila, jonka yläpuolelle kylmän veden lämpötila ei saa nousta mikrobikasvun ehkäisemiseksi. Legionellat tullaan lisäämään valvottavien aineiden listalle Euroopan neuvoston uudistuvassa direktiivissä ihmisten käyttöön tarkoitetun veden laadusta ja legionelloja tullaan seuraamaan jäsenmaissa riskiperusteisesti.

Työn tavoitteena oli selvittää, kuinka paljon kylmä vesi lämpenee tyypillisen uuden asuinrakennuksen putkistossa erilaisissa kuormitustilanteissa. Kiinteistöiden vesijärjestelmiä ja veden laatua ohjaavaa kansallista ja kansainvälistä lainsäädäntöä sekä mikrobien kasvuun vaikuttavia tekijöitä vesijohtoverkossa tarkasteltiin kirjallisuuskatsauksin. Työn empiirisessä osassa tarkasteltiin kylmän veden lämpenemistä tutkimuskohteen vesijohtoverkossa dynaamisella laskennalla sekä kohteessa suoritettavin lämpötilamittauksin.

Tutkimuskohteesta luotiin malli IDA ICE simulointiohjelmalla asuntojen kesäajan ylilämpötilojen tarkastelemiseksi. Ylilämpötiloja käytettiin dynaamisessa laskennassa lähtötietona huoneistossa sijaitsevan käyttövesinousun lämpötilan laskemiseksi simulointivuoden lämpimimpänä ajankohtana. Putken lämpöhäviön laskemiseksi johdettiin lämpötase ja dynaamisen laskenta toteutettiin pääosin implisiittisesti taulukkolaskentaohjelmassa. Laskennassa tarkasteltiin myös eri tavoin määritettävän konvektion lämmönsiirtokertoimen vaikutusta kylmävesijohdon lämpenemiseen.

Laskentatulosten mukaan kylmän veden lämpötila voi nousta yli asetusarvon ohjeistuksen mukaisella eristyksellä tiiviissä talotekniikkanousussa vuoden lämpimimpinä ajankohtina rakennuksen ylimmissä kerroksissa. Kylmän veden lämpötila voi nousta yli asetusarvojen myös lämpimissä tekniikkatiloissa sekä alakattorakenteissa kulkevissa eristämättömissä kytkentäjohdoissa laskenta ja mittaustulosten mukaan. Putki- ja eristemassojen vaikutus kylmän veden lämpenemiseen käyttämättömän jakson jälkeen todettiin lähes merkityksettömäksi tyypillisen asuinrakennuksen vesijohtoverkossa.

Warming up of domestic cold water reduces comfort of living and increases microbial growth in domestic water pipelines. The number of cases related to pathogenic legionella, which grows in domestic water systems, has steadily increased in Europe and United States due to increase of favourable growth conditions in our society. Decree 1047/2017 on water and sewerage systems in buildings, which came into force in 2018, set a clear target temperature above which the temperature of cold domestic water must not rise to prevent microbial growth. Legionella will be added to the list of controlled substances in the renewed Council of Europe Directive on the quality of water intended for human consumption, and legionella will be monitored in the member countries on a risk basis.

The objective of the study was to determine how much cold water warms up in the pipeline of a typical new residential building under different loads. National and international legislation governing domestic water supply and water quality, as well as factors affecting microbial growth in the water supply network, were examined through literature reviews. In the empirical part of the work, the warming up of cold water in the water supply network of a residential building was examined by dynamic calculation and temperature measurements performed at the building.

A model was created of the building of research with IDA ICE simulation tool to examine overheating temperatures in housing units. Temperatures from the overheating analysis were used as an input data to calculate temperatures in the water pipe shaft at the warmest time of a simulation year. Heat balance was derived to calculate heat loss from the pipe and the dynamic calculation was performed mainly with implicit method in a spreadsheet program. The effect of convective heat transfer coefficient (HTC) on the warming up of a cold-water pipe was also examined as the convective HTC can be determined in several ways.

According to the results of calculation, the cold-water temperature can rise above the set value following insulation guidelines in a dense shaft during the warmest times of the year on the upper floors of the building. The cold-water temperature can rise above the set value also in warm technical rooms as well as in uninsulated connection lines in suspended ceiling structures. The effect of pipe and insulation masses on warming up of cold water after an unused period was found to be insignificant.