Wymiennik ciepła do ogrzewania jest najważniejszym elementem każdego kotła. „Żywotność” urządzenia grzewczego zależy od jego wydajności. Przyjrzyjmy się, który wymiennik ciepła do systemu grzewczego zapewni sprawną pracę kotła i wydłuży jego żywotność.
Jakie są agregaty z tej kategorii?
Płytowy wymiennik ciepła do ogrzewania to złożony technicznie system, który przenosi energię między gorącym i zimnym chłodziwem. W praktyce stosuje się do tego ciecze i opary, rzadziej gazy, bazy stałe.
Innymi słowy, wymiennik ciepła do ogrzewania to urządzenie, które nie posiada własnego źródła ciepła, a jego funkcjonalność zapewnia energia pochodząca ze scentralizowanego systemu grzewczego. Oznacza to, że kocioł lub piec z definicji nie należy do jednostek tej kategorii. Natomiast ławkę lub osłonę, która odbija ciepło spalin z pieca, można uznać za przykład wymiennika ciepła, ponieważ ogrzewają one powietrze w pomieszczeniu.
Wydajność przenoszenia mocy zależy od następujących czynników:
- Różnice temperatur między środowiskami (obecność znacznej różnicy powoduje bardziej imponujący transfer energii).
- Obszar kontaktu poszczególnych mediów z wymiennikiem ciepła.
- Wskaźniki przewodności cieplnej materiałów budowlanych.
W rzeczywistości wymiennik ciepła do gorącej wody z ogrzewania może być reprezentowany przez dowolną rurę, która jest używana do przesyłania określonego czynnika roboczego, który ma temperaturę inną niż otaczająca przestrzeń.
Typy
Jednym z decydujących kryteriów przy wyborze wymiennika ciepła o określonym planie jest nie tylko charakter chłodziwa, ale także jego jakość. Jeśli jako czynnik roboczy ma być stosowana woda zmiękczona lub oczyszczona chemicznie, lepiej jest preferować lutowane konstrukcje płytowe. To samo dotyczy stosowania chłodziw, które nie pozostawiają osadów na ściankach konstrukcji, takich jak alkohol, freon czy glikol etylenowy.
Jeśli chodzi o duże punkty grzewcze, takie jak kotłownie, tutaj najczęściej można zobaczyć wymiennik ciepła do ciepłej wody ze składanego typu ogrzewania. Stosowanie takich rozwiązań można wytłumaczyć obecnością niskiej jakości środowiska pracy, które jest stosowane w scentralizowanych sieciach ciepłowniczych.
Prostota konstrukcji składanych jednostek lamelowych przyczynia się do ich wygodnej konserwacji, w szczególności szybkiego demontażu podczaskonieczność usunięcia kamienia z wewnętrznych kanałów. Jednocześnie nawet niedoświadczeni rzemieślnicy mogą wymienić części takiego wymiennika ciepła, czy to kołnierze, czy zawory.
Zgodnie z metodą przekazywania energii warto podkreślić mieszający i powierzchniowy wymiennik ciepła do ogrzewania. Pierwsza działa zgodnie z zasadą dystrybucji energii w bezpośrednim kontakcie pomiędzy poszczególnymi nośnikami ciepła. Drugi typ przenosi energię przez płyty bez bezpośredniego kontaktu między czynnikami roboczymi.
Jeżeli konieczne jest zastosowanie wymiennika ciepła do ogrzewania jako elementu do podgrzewania wody w basenie lub jako chłodnicy w instalacjach przemysłowych, zaleca się zastosowanie do tego celu zespołów płytowych i lutowanych. Takie projekty pozwalają na szybkie uzyskanie najbardziej wydajnego przenoszenia ciepła między dwoma płynami.
Materiały
Wymiennik ciepła do ogrzewania domu może być wykonany z płyt stalowych lub żeliwnych, połączonych lutem miedzianym lub niklowym. Konstrukcje lutowane miedzią są powszechne w scentralizowanych systemach grzewczych. Jednocześnie systemy, których elementy łączone są za pomocą niklu, wykorzystywane są głównie do zaspokojenia potrzeb obszarów przemysłowych i w razie potrzeby do pracy w środowiskach agresywnych chemicznie.
Żeliwo
Dażąc pierwszeństwo żeliwnym wymiennikom ciepła, należy zwrócić uwagę na kilka punktów:
- Wystarczająco imponująca waga, któranależy wziąć pod uwagę przy opracowywaniu projektu aranżacji kotłowni. Jeśli chodzi o wprowadzenie takich konstrukcji do systemu grzewczego prywatnego domu, ten ostatni powinien wyróżniać się niewielką objętością sekcji, minimalną liczbą kanałów dymowych, które są używane do przenoszenia produktów spalania.
- Jednostki żeliwne wyróżniają się możliwością transportu sekcyjnego w stanie zdemontowanym, co staje się wygodne w montażu i późniejszej konserwacji.
- Pomimo wagi materiał jest dość delikatny. Dlatego podczas transportu i instalacji należy unikać mechanicznych uderzeń elementów konstrukcyjnych. Kolejnym niebezpieczeństwem jest szok termiczny. Jeśli imponująca ilość zimnego czynnika roboczego zostanie gwałtownie umieszczona w urządzeniu, które nie ostygło, ścianki wymiennika ciepła mogą pęknąć.
- Żeliwo jest podatne na korozję zarówno na mokro, jak i na sucho. Pierwszy powstaje w wyniku kontaktu z materiałem kwaśnego kondensatu. Druga powoli pokrywa powierzchnię konstrukcji w postaci warstwy rdzy w miarę jej użytkowania. Ponieważ wymienniki ciepła do ogrzewania prywatnego domu wykonane z żeliwa mają grube ściany, procesy te mogą trwać wiele lat.
- Takie systemy nagrzewają się przez długi czas, ale schładzają się bardzo wolno, co znacznie zmniejsza zużycie paliwa i zwiększa efektywność ogrzewania pomieszczeń.
Stal
Obecność stalowego „serca” nie prowadzi do znacznego obciążenia systemu. Dlatego często stosowany jest wodny wymiennik ciepła do ogrzewania wykonany z tego materiałuużywany do obsługi dużych powierzchni.
Jeśli chodzi o łatwość montażu konstrukcji stalowej, końcowy montaż, w przeciwieństwie do zespołów żeliwnych, odbywa się w fabryce. Jednoczęściowy monoblok jest dość trudny do wniesienia do ciasnego pomieszczenia. Dodatkowo montaż fabryczny komplikuje naprawę i konserwację systemu.
Zainstalowany stalowy wymiennik ciepła w piecu grzewczym, który został poważnie uszkodzony, jest prawie niemożliwy do przywrócenia w domu. Musisz albo całkowicie zdemontować system i wysłać go do warsztatu przemysłowego w celu naprawy, albo pozbyć się konstrukcji, wymieniając ją.
Jednocześnie wodny wymiennik ciepła do ogrzewania wykonany ze stali nie boi się ani szoku termicznego, ani znacznych obciążeń mechanicznych. Materiał ma wysoki współczynnik elastyczności, dzięki czemu dobrze radzi sobie z nagłymi zmianami temperatury. Jednak długotrwałe wystawienie na działanie ekstremalnie niskich lub wysokich temperatur może powodować małe pęknięcia w spoinach.
Jeżeli mówimy o odporności na korozję, stalowy wymiennik ciepła podlega jedynie wpływom elektrochemicznym. Szczególnie szybko, przy długotrwałym kontakcie z agresywnymi mediami, cienkie ścianki są korodowane przez rdzę. Jednocześnie żywotność systemu może być systematycznie skracana o 5 do 15 lat. Na tej podstawie producenci często pokrywają wewnętrzne ściany stalowych wymienników ciepła żeliwem.
Systemy wykonane z tego materiału nagrzewają się niemal natychmiast i równie szybko schładzają. Pomimo oczywistej wygody, jeśli to konieczneszybkie ogrzewanie pomieszczeń, ta właściwość ma wady, negatywną stronę. W związku z tym efekt zmęczenia metalu w niektórych sekcjach konstrukcji może prowadzić do niewielkich uszkodzeń.
Jak obliczyć wymiennik ciepła?
Wyliczenia typu „zrób to sam” to jedno z najczęstszych pytań zadawanych przez konsumentów. W rzeczywistości jest to niezwykle trudne, ponieważ producenci wymienników ciepła starają się ukryć sekrety własnych rozwiązań przed osobami postronnymi, w tym użytkownikami.
Ze względu na powyższy powód, ustalenie rzeczywistego zużycia energii przez wymianę ciepła staje się trudne. Jeśli ten wskaźnik jest celowo niski, odpowiednio sprawność wymiennika ciepła będzie niewystarczająca do zaspokojenia istniejących potrzeb.
Aby zwiększyć wydajność systemu, często konieczne jest instalowanie dużych jednostek. Jednak w celu zmniejszenia liczby stosowanych płyt wymienników ciepła wystarczy zastosować specjalny program obliczeniowy, który posiada każdy poważny producent urządzeń grzewczych.
Wymienniki ciepła do ogrzewania własnymi rękami
Jak zrobić wydajny projekt własnymi rękami, który poradzi sobie z funkcjami wymiany ciepła? W tym celu wystarczy wrócić do definicji typowej dla urządzeń z tej kategorii. Okazuje się, że do montażu prostego wymiennika ciepła wystarczy wziąć metalową rurkęokreślonej długości, zwinąć w pierścień i umieścić w pojemniku wypełnionym wodą.
Przenosząc wylot i wlot rury na zewnątrz, można uzyskać funkcjonalną konstrukcję, która w zależności od potrzeb będzie podgrzewać lub chłodzić płyn roboczy.
Wymiennik ciepła z płaszczem wodnym
Oprócz systemu serpentynowego możesz wykonać własny wymiennik ciepła, znany jako „płaszcz wodny”. Takie systemy działają w oparciu o zasadę rozdziału energii pomiędzy kilka szczelnych pojemników umieszczonych jeden w drugim.
Wymiana ciepła zgodnie z tą zasadą jest z powodzeniem stosowana w małych kotłach na paliwo stałe. Pomimo ogólnej prostoty konstrukcji, wadą takich systemów jest obecność stosunkowo niskiego ciśnienia roboczego, dla którego zaprojektowane są te jednostki. Ponadto wytwarzanie wymienników ciepła działających na zasadzie „płaszcza wodnego” powinno być wykonywane przez doświadczonego spawacza. Dość problematyczne jest zaprojektowanie i złożenie takiego systemu z improwizowanych materiałów bez posiadania odpowiednich umiejętności.
Wymiennik ciepła z płytą rurową
Prawdopodobnie najtrudniejszą ze wszystkich opcji dostępnych do samodzielnej produkcji jest system zwany „płytą rurową”. Ta definicja została przypisana do domowych wymienników ciepła, które zawierają znaczną ilość rozszerzających się połączeń rurowych.
Takie jednostki są prezentowane w postaci trzech zapieczętowanych pojemników. Dwa z nich są umieszczone na przeciwległych krawędziach konstrukcji i połączonemetalowe przewodniki czynnika roboczego, które są rozkloszowane na końcach takich naczyń. Wymiana ciepła odbywa się w trzeciej - środkowej - części dzięki ruchowi ciekłego czynnika roboczego między zbiornikami przez rury.
Wyszukiwanie alternatywnych rozwiązań
Jeśli nie ma możliwości samodzielnego montażu wymiennika ciepła przy użyciu powyższych metod, możesz spróbować znaleźć materiały do produkcji przyszłego systemu we własnej szafie lub na składowisku. Na przykład stary podgrzewany wieszak na ręczniki byłby doskonałym rozwiązaniem do stworzenia urządzenia w formie cewki. Każdy grzejnik domowy, który nie przecieka, również będzie działał.
Jeśli chodzi o zastosowanie grzejników z pieców samochodowych, w rzeczywistości można je od razu wykorzystać jako element grzejny łącząc poszczególne jednostki z adapterami w celu zwiększenia powierzchni wymiany ciepła.
Na bazie starego podgrzewacza wody można stworzyć efektywne urządzenie. W takim przypadku nie musisz nawet prawie nic przerabiać.
Na koniec
Jak widać, zasada działania wymienników ciepła jest wszędzie w przybliżeniu taka sama. W zależności od warunków pracy urządzenia takie mogą pracować zarówno do ogrzewania, jak i chłodzenia czynnika roboczego: gazowego, ciekłego lub stałego.
Przy wyborze rozwiązania fabrycznego wiele zależy od zadań powierzonych wymiennikowi ciepła, a w przypadku samodzielnego montażu od inżynierskiej wyobraźni mistrza.
