Skladom máme stovky výmenníkov

Výmenníky tepla pre vykurovanie

• Výkon v kW: návrh, výpočet
• Voda-voda: ohrev TÚV, kúrenie
• Korózia
• Usadzovania vodného kameňa
• Kondenzačné a nekondenzačné kotly
• Centrálne kúrenie, výmenníkové stanice
• Solárny ohrev
• Kogenerácia (spaľovacie motory)

Kompaktné a spoľahlivé riešenie pre aplikácie ako parné výmenníky, ohrev teplej úžitkovej vody (TÚV), vykurovanie, bioplynové stanice, výmenníkové stanice a systémy centrálneho vykurovania.

Tabuľka výkonov pre ohrev vody

V prípade použitia nemrznúcej zmesi (napr. etylénglykol) je potrebné zväčšiť výmenník približne o 30 %, vzhľadom na nižšiu tepelnú vodivosť a hustotu takýchto médií.

Voda-voda: ohrev TÚV

Široká škála veľkostí výmenníkov SWEP umožňuje zvoliť ekonomicky výhodné riešenie pre ohrev teplej úžitkovej vody (TÚV), pitnej vody alebo vykurovanie. Zdrojom tepla môže byť kotol, tepelné čerpadlo alebo solárny panel. TÚV sa môže ohrievať prietokovým spôsobom alebo v kombinácii so zásobníkom. Pri prietokovom ohreve sa prietok vody môže meniť v závislosti od aktuálnej spotreby. V takých prípadoch je potrebné dimenzovať výmenník na špičkový prietok, pretože tlakové straty výmenníka rastú približne so štvorcom prietoku – čím vyšší prietok, tým vyšší odpor.

Prietokový ohrievač TÚV

Bežná sprcha spotrebuje približne 12 až 15 litrov za minútu, úsporná sprcha 6 až 8 l/min. Komfortná teplota vody pri sprchovaní je okolo 44 °C. Na takýto prietok je potrebný zdroj tepla s výkonom cca 15 kW a viac, čo zodpovedá typickému výkonu plynového kotla alebo silného tepelného čerpadla. V tabuľke nižšie je uvedený orientačný prehľad vhodných výmenníkov pre rôzne výkony. Všetky výmenníky majú pripojenie so závitom ISO G (vonkajší závit).

Upozornenie: nie je vhodné ohrievať vodu v doskovom výmenníku na teploty nad 60 °C, pretože pri vyšších teplotách výrazne rastie riziko tvorby vodného kameňa, ktorý môže znížiť účinnosť výmenníka a skrátiť jeho životnosť. Nánosy kameňa môžu upchať kanáliky a spôsobiť dôlkovú koróziu nehrdzavejúcej ocele.

Nabíjanie zásobníka TÚV

Nasledujúce tabuľky uvádzajú odporúčané modely výmenníkov pre nabíjanie zásobníkov teplej úžitkovej vody (TÚV). V prípadoch, keď je teplota zdroja vysoká, môžu mať výmenníky príliš vysokú účinnosť – čo môže viesť k nežiaducej tvorbe vodného kameňa. V takýchto prípadoch sa odporúča zapojenie súprúdne (primárny a sekundárny okruh tečú rovnakým smerom – označené krížikom: #).

Poznámka k označeniu: # Výmenník označený týmto symbolom je navrhnutý na súprúdne zapojenie. Pri zapojení v protiprúde (teda klasickom zapojení s maximálnym teplotným spádom) by účinnosť výmenníka mohla byť až príliš vysoká, čo by viedlo k zvýšenej tvorbe vodného kameňa a zníženiu životnosti zariadenia.

Doskové výmenníky SWEP sa často používajú ako náhrada za opotrebované výmenníky iných značiek. Všetky výmenníky sú vyrobené z nerezovej ocele AISI 316, čo zaručuje dlhú životnosť a odolnosť voči korózii aj pri pitnej vode. V ponuke sú aj špeciálne varianty s viacerými okruhmi – ide o výmenníky, ktoré majú viacero vývodov, pretože obsahujú dva výmenníky zapojené v sérii alebo paralelne v jednom tele. Takéto riešenie šetrí miesto a znižuje náklady na potrubné napojenie.

Korózia doskového výmenníka

Bežná životnosť spájkovaných doskových výmenníkov je 8 až 12 rokov. Ak sa však objaví netesnosť už po piatich rokoch alebo skôr, najčastejšou príčinou býva korozívne médium.

• Centrálne zásobovanie teplom: kvalita média býva kontrolovaná dodávateľom.
• Kotol: uzavretý systém, nižšie riziko prítomnosti agresívnych látok.
• Najčastejšia chyba: vzniká na ohrievanej strane výmenníka.

Prejsť na tabuľku chemickej odolnosti tabuľku odolnosti.

Viditeľné znaky a príčiny korózie

Zelenomodrý nádych na povrchu výmenníka signalizuje koróziu medenej spájky. Najčastejšou príčinou býva hrdzavá voda s obsahom voľného železa alebo mangánu, ktorá pochádza zo starých vykurovacích telies. Na rozhraní rozdielnych kovov (napr. meď a nerezová oceľ AISI 316) vzniká galvanický článok, ktorý spôsobuje postupné uvoľňovanie medi do vody. Riziko korózie výrazne narastá v otvorených expanzných systémoch, kde do okruhu preniká kyslík. Galvanická korózia potrubia: ak sú v kontakte dva rôzne kovy (napr. oceľ a meď) bez použitia izolačného alebo plošného tesnenia, môže dôjsť k uvoľňovaniu kovov do obehu. Výsledkom je podobný korozívny účinok ako pri prítomnosti hrdzavej vody.

Destilovaná (hladová) voda: nízky obsah minerálov spôsobuje jej agresívne správanie voči medenej spájke.

Únava materiálu: časté a prudké zmeny teploty (napr. pri prietokovom ohreve TÚV) môžu viesť k mikroprasklinám. Typický príklad: studená voda sa pripúšťa do výmenníka ohrievaného horúcou vodou alebo parou.

Korózia nerezu AISI 304/316 je zriedkavá, ale možná v prostredí s vysokým obsahom chloridov nad 300 ppm alebo pri veľmi tvrdej vode (jamková korózia).

Odporúčané opatrenia

Ak bola pozorovaná korózia aj na iných komponentoch, alebo ak sú k dispozícii laboratórne rozbory vody, je nutné najprv odstrániť príčinu problému. V opačnom prípade bude mať aj nový výmenník skrátenú životnosť.

• Zistiť príčinu chemickej alebo elektrochemickej korózie.
• Vymeniť médium alebo aplikovať inhibítor korózie.
• Nainštalovať magnetický filter alebo úpravu vody.
• Prejsť na uzavretý expanzný systém.
• Ak náprava nie je možná, odporúča sa použiť odolnejší výmenník: bez medenej spájky (celonerezový typ), alebo rozoberateľný výmenník s tesnením, vhodný pre agresívnejšie médiá.

Vodný kameň – prevencia a riešenia

Usadzovanie vodného kameňa je častou príčinou poklesu výkonu výmenníkov tepla a skrátenia ich životnosti. Vodný kameň v kontakte s nerezovou oceľou môže spôsobiť jamkovú (lokalizovanú) koróziu, ktorá môže viesť až k potrebe výmeny celého výmenníka. Ako prevenciu odporúčame:

• Nastaviť systém na nižšie teploty, ideálne okolo 60 °C. Vyššie teploty podporujú tvorbu vodného kameňa. Naopak, nižšie teploty zvyšujú účinnosť zariadenia.
• Použitie polyfosfátu – dávkovaný do okruhu sa viaže na ióny vápnika a zabraňuje ich usadzovaniu. Upozornenie: polyfosfáty nie sú vhodné pre pitnú vodu.
• Informácie o chemickom čistení výmenníkov nájdete v manuáli alebo na úvodnej stránke.

Návrh výmenníka s ohľadom na prevenciu zanášania

• Projektujte vyšší prietok pri nižšej teplote – pre rovnaký tepelný výkon. Vyšší prietok zároveň zabezpečuje turbulentné prúdenie v kanálikoch medzi doskami, ktoré má samočistiaci efekt.
• Pri návrhu na ohrev TÚV často odporúčame súprúdne zapojenie. Vyžaduje síce mierne väčší výmenník, ale minimalizuje prehrievanie vody a tvorbu vodného kameňa.
• Pripojenie TÚV odporúčame zospodu výmenníka, aby voda prúdila smerom nahor – tým sa znižuje riziko usadzovania nečistôt v dolných častiach kanálikov.

Povrchová úprava Sealix – ochrana proti vodnému kameňu a korózii

Výrobca SWEP ponúka voliteľnú ochrannú úpravu Sealix, ktorá pokrýva vnútorné povrchy výmenníka tenkou vrstvou oxidov kremíka (SiO2). Táto úprava prináša niekoľko výhod:

• Zvýšená odolnosť proti korózii pri výskyte chloridov alebo fluoridov vo vode.
• Ochrana medenej spájky pred voľným železom – napríklad z hrdzavejúcich súčastí systému.
• Zníženie tvorby vodného kameňa na vnútorných stenách výmenníka.

Kondenzačné a nekondenzačné kotly

Pre aplikácie s kondenzačnými aj nekondenzačnými kotlami sú vhodné kompaktné doskové výmenníky SWEP radu E5, E6 a E8, ktoré sa vyznačujú nízkymi tlakovými stratami a vysokou účinnosťou. Tieto modely sú navrhnuté s ohľadom na špecifické teplotné spády a kondenzačné podmienky pre maximalizáciu efektivity a spoľahlivosti systému.

Centrálne vykurovanie a výmenníkové stanice

Tepelné výmenníky SWEP sa bežne používajú vo výmenníkových staniciach pre centrálne zásobovanie teplom (CZT), najmä vďaka týmto výhodám:

• Kompaktné rozmery – výmenníky zaberajú minimum miesta, čo je výhodné najmä v technických miestnostiach s obmedzeným priestorom a znižuje náklady na inštaláciu.
• Vysoká spoľahlivosť – každý výmenník je testovaný pretlakom pred opustením výroby.
• Univerzálnosť – okrem systémov voda–voda je možné niektoré modely použiť aj ako parné výmenníky.
• Bezúdržbová prevádzka – výmenníky neobsahujú tesnenia, a teda nevyžadujú pravidelnú výmenu dielov ako rozoberateľné modely. Turbulentné prúdenie medzi doskami navyše zabezpečuje samočistiaci efekt.
• Maximálna účinnosť – vďaka kompaktnému dizajnu, kde sa takmer každá časť aktívne podieľa na výmene tepla, sú výmenníky extrémne účinné a zároveň cenovo výhodné.

Bioplynové stanice

Bioplynové stanice produkujú bioplyn (najmä metán) rozkladom organického materiálu pomocou baktérií a mikroorganizmov. Tento bioplyn sa spaľuje v motore, čím sa vyrába elektrická energia. Typický výkon jednej stanice je 200 až 2000 kW.

Účinnosť spaľovania plynu na elektrickú energiu je obvykle 30 až 45 %. Zvyšné teplo vzniknuté pri ohreve motora je potrebné odvádzať, zvyčajne chladiacou vodou alebo zmesou s glykolom. Toto odpadové teplo sa zachytáva pomocou doskového výmenníka (voda–voda) a ďalej sa efektívne využíva – napr. na:

• udržiavanie teploty vo fermentore,
• ohrev úžitkovej vody,
• vykurovanie budov alebo skleníkov.

Takto sa zvyšuje celková energetická účinnosť systému.

Solárny ohrev

V letných mesiacoch dopadá na územie SR zo Slnka približne 1000 W/m2. Solárne panely dosahujú účinnosť 60 až 70 %, čo umožňuje získať cca 500 až 600 W/m2 za priaznivých podmienok. V zimných mesiacoch je výkon nižší.

Doskové výmenníky SWEP zohrávajú kľúčovú úlohu v solárnych aplikáciách – odovzdávajú teplo do zásobníkov TÚV, bazénov alebo systémov vykurovania. Pre správnu funkciu systému je nevyhnutné obehové čerpadlo. Vyšší prietok zvyšuje účinnosť panelov. Systém je potrebné naplniť nemrznúcou zmesou – najčastejšie etylénglykolom v koncentrácii 30 až 40 %, aby sa predišlo poškodeniu výmenníka a panelov v zimných mesiacoch.

Porovnanie klasického a moderného zapojenia

• Klasické riešenie (rúrkový výmenník vo vnútri zásobníka) má nízku účinnosť. Voda v zásobníku slabo prúdi a na výmenníku sa usádzajú nečistoty.
• Moderné riešenie s externým doskovým výmenníkom zabezpečuje turbulentné prúdenie, vyššiu účinnosť a samočistiacu schopnosť. Rúrkový výmenník už nie je potrebný – zaberá miesto a je náchylný na zanášanie.

Ideálnou voľbou pre solárne aplikácie sú výmenníky SWEP E8. Počet dosiek sa volí podľa vyššieho z prietokov. Pre domáce aplikácie často postačuje model so 10 doskami. Pripojenie: 3/4" ISO G, vonkajší závit.

Kogenerácia

Spaľovacie motory dosahujú účinnosť len okolo 40 % – zvyšok energie odchádza vo forme tepla výfukovými plynmi alebo chladiacim médiom. Kogeneračná jednotka využíva toto teplo, typicky na ohrev TÚV alebo vykurovanie budov.

Tepelný výmenník prenáša energiu z primárneho okruhu (motor) do sekundárneho okruhu (TÚV, kúrenie). Takýmto zapojením možno dosiahnuť celkovú účinnosť systému až 80 % a viac.

Rekuperácia tepla

V priemyselnej a komerčnej klimatizácii sa často využíva prenos tepla pri tlakoch blízkych atmosférickému. V takýchto podmienkach nie sú kompaktné deskové výmenníky optimálne – lepšou voľbou bývajú objemnejšie výmenníky prispôsobené pre prúdenie vzduchu.

Aj napriek tomu zohrávajú výmenníky SWEP dôležitú úlohu v rekuperačných systémoch – predovšetkým v rámci uzavretých okruhov medzi kvapalinami:

• ako ekonomizéry,
• vnútorné výmenníky tepla (IHX),
• dochladzovače (sub-coolery).

Tieto aplikácie zvyšujú efektivitu chladiacich cyklov, znižujú spotrebu energie a zlepšujú výkon celého systému.