Wymienniki ciepła - rodzaje i ich zastosowanie

Wymienniki ciepła to urządzenia służące wymianie energii cieplnej z jednego środowiska do drugiego, najczęściej występujące pod postacią dwóch mediów. Jedno z nich przekazuje, natomiast drugie przyjmuje ciepło w procesach przewodzenia, unoszenia oraz radiacji. Mimo prostej i kompaktowej konstrukcji są wydajnym i sprawnie przekazującym energię urządzeniem, dlatego też ze względu na swoje właściwości, wykorzystywane są w różnych gałęziach gospodarki. Między innymi znajdują zastosowanie w przemyśle, ogrzewnictwie, a także w chłodnictwie. Sprawdźmy, jakie są rodzaje wymienników ciepła i gdzie jeszcze można je zastosować.

Co to jest wymiennik ciepła?

Najprościej mówiąc, wymiennik ciepła umożliwia wymianę ciepła, która zachodzi poprzez zjawisko konwekcji i przewodzenia między dwoma płynami mającymi różną temperaturę. Wymienniki ciepła zazwyczaj zbudowane są z płyt lub odpowiedniej długości rur, które dzięki swoim właściwościom termoizolacyjnym, są dobrymi przewodnikami ciepła. Co więcej, w celu zwiększenia powierzchni, w niektórych przypadkach mogą być one dodatkowo ożebrowane. - mówi specjalista z firmy Termo Technika Monika Czamara z Krakowa. - Działanie wymienników polega na tym, że gorący płyn przekazuje konwekcyjnie energię do ścianki lub powierzchni rurki, a następnie jego ciepło przekazywane jest przez ścianę rurki lub płytę, gdzie pobiera je zimny płyn. Wymienniki ciepła podzielone są w zależności od rozpatrywanego kryterium, między innymi ze względu na zasadę działania, jak i na konstrukcję. Może w nich występować zarówno ustalona, jak i nieustalona wymiana ciepła. Mianowicie ustalona ma miejsce w wymiennikach charakteryzujących się działaniem ciągłym, z kolei te o działaniu nieciągłym mogą realizować wymianę ciepła jednorazowo lub ich działanie przebiega okresowo.

Rodzaje wymienników ciepła ze względu na budowę

• Wymienniki płytowe lutowane - urządzenia lutowane są miedzią lub w całości wykonane są ze stali nierdzewnej. Charakteryzują się kompaktowym rozmiarem oraz małym ciężarem, z kolei ich zakres temperatur wynosi do 550°C przy ciśnieniu wynoszącym do 32 bar. Działanie wymienników płytowych nie wymaga konserwacji przez długi czas użytkowania, dlatego też zapewniają trwałą i wydajną wymianę ciepła w małej obudowie. Najczęściej wykorzystywane są w instalacjach chłodniczych, układach solarnych, ale również w instalacjach CO i c.w.u.
• Wymienniki płytowe uszczelkowe - wykonane są ze stali nierdzewnej oraz tytanu, a następnie są specjalnie skręcane. Wymienniki zawierają pakiet profilowanych płyt z otworami przeznaczonymi do przepływu dwóch cieczy, między którymi wymieniane jest ciepło. Odpowiednia konstrukcja płyt zwiększa powierzchnie biorąca udział w wymianie ciepła, a tym samym zapewnia efektywność, obniżając koszty inwestycyjne. Zakres temperatur wymienników wynosi do 180 °C, natomiast ciśnienie do 25 bar. Zazwyczaj zastosowanie znajdują w w branżach przemysłowych, spożywczych oraz farmaceutycznych.
• Wymienniki płaszczowo-rurowe - są zbudowane z płaszcza, w którym następnie umieszczony jest pęk rur przyjmujący kształt spiralny lub prosty. Najczęściej medium, które oddaje ciepło, przebywa w wężownicy, natomiast medium odbierającą owe ciepło znajduje się w płaszczu. Dzięki temu, że wymienniki płaszczowo-rurowe wykonane są ze stali nierdzewnej, ogranicza to ryzyko ich przecieku, a także zabezpiecza je przed korozją. Przeznaczone są do instalacji o wysokich ciśnieniach i temperaturze dochodzącej nawet do 350°C, dlatego głównie stosowane są w instalacjach parowych.
• Zasobniki ciepłej wody użytkowej - wykonywane są ze stali nierdzewnej w powłokach antykorozyjnych, takich jak ocynk lub emalia. W zależności od modelu mogą one współpracować z różnymi urządzeniami grzewczymi, między innymi z kotłami i pompami ciepła. Ich działanie polega na tym, że w zbiornikach magazynowana jest ciepła woda dostarczana przez jeden z wymienników, a następnie zapewnia ona dostęp do bieżącej wody.
• Kompaktowe węzły cieplne - to urządzenia przeznaczone do miejskiej sieci cieplnej lub lokalnego źródła ciepła wykorzystywanego do instalacji CO oraz c.w.u. Ich działanie pozwala na obniżenie kosztów inwestycyjnych oraz eksploatacyjnych, a także zapewnia komfort i wygodę w korzystaniu z instalacji wodnej.

Gdzie jeszcze wymienniki ciepła znajdują zastosowanie?

Wymienniki stosowane są również w instalacjach chłodniczych, takich jak klimatyzacje, w których ich głównym zadaniem jest utrzymanie określonej wartości temperatury, a także w urządzeniach wentylacyjnych, gdzie konieczne jest odzyskiwanie ciepła wyprowadzanego na zewnątrz lub podgrzanie/schłodzenie powietrza w kanałach wentylacyjnych. Wymienniki ciepła w systemach chłodniczych mogą również służyć jako ekonomizery mające na celu dochłodzenie czynnika chłodniczego w jednym obiegu, natomiast w drugim jego odparowanie. Dzięki temu, że obniża to moc sprężarki, jednocześnie koszty eksploatacji ulegają również znacznej redukcji. Natomiast wymienniki płytowe lutowane stosowane mogą być jako element instalacji chłodniczych z chillerami. Ich zastosowanie zmniejsza ilość czynnika chłodniczego w budynku, z kolei chłód do odbiorników dostarcza woda lodowa.