MENU
Výměníky tepla Ostrava

Výkon deskového výměníku

Výkon je veličina, o kterou se uživatelé zajímají nejvíce. Výkon není stanoven pro daný typ výměníku: jeden výměník může přenášet až 20 nebo 100 kW v závislosti na použitých teplotách a médiích. Výkon závisí na celé řadě parametrů a je potřeba posuzovat konkrétní aplikaci. Přenášený výkon závisí na

  • velikosti výměníku (šířce a výšce),
  • počtu desek výměníku,
  • tvaru kanálků desek,
  • velikostech objemových průtoků,
  • na vzdálenosti teplot médií primárního a sekundárního okruhu,
  • na fyzikálních vlastnostech médií.

Velikost výměníku

Deskové výměníky se typicky zapojují do protiproudu (při zapojení do souproudu je výkon zhruba poloviční). Je-li výměník vysoký, pak se teplo předává po dlouhé délce a díky zapojení do protiproudu lze dosáhnout velkého přiblížení teplot primár-vstup vůči sekundár-výstup. Avšak vysoký výměník také klade větší odpor a bude potřeba silnější čerpadlo pro překonání tlakových ztrát. Tlakové ztráty lze snížit přidáním počtu desek: zdvojnásobení počtu desek sníží tlakové ztráty zhruba na čtvrtinu.

Účinnost tepelného výměníku při zapojení do souproudu a do protiproudu
Účinnost výměníku při zapojení jako protiproud a souproud: účinnost výměníku je mnohem vyšší při zapojení do protiproudu. Lze dosáhnout velkého přiblížení teplot primár-vstup a sekundár-výstup.

Počet desek výměníku

Přidáním počtu desek lze bezesporu výkon navýšit. Úměra ale není přímá. Zpočátku výkon narůstá, další přidávání desek zvyšuje výkon pomaleji. Aby se zvyšoval výkon s navyšováním počtu desek, je potřeba zvyšovat i průtoky. Pokud se zdvojnásobí počet desek i průtoky, pak se zhruba zdvojnásobí i výkon.

Výkon pro různé deskové výměníky při ohřevu vody. Primární okruh voda 80 °C 1 kg/s, sekundární okruh voda 0 °C 1 kg/s

Ilustrace: jaké náklady odpovídají zvýšování účinnosti (klikněte pro zvětšení)

Model pracuje s primární stranou vstup 80 °C, sekundární 0 °C, oba průtoky 1 kg/s, zapojení do protiproudu. Ideální (nedosažitelný) výkon pro zapojení v protiproudu je 334 kW. Graf zaznamenává výkony pro výměníky: a) B10TH (malý), b) B120TH (střední) a c) B439H (velký výměník). Různé počty desek (10 až 140); 2P je dvouokruhová verze výměníku. Výměníky s tlakovými ztrátami nad 50 kPa byly odstraněny z grafu. Čísla u křivek sdělují poměr cena/výkon.

Z grafu lze vyčíst, že počet desek se může zvýšit na dvoj- či trojnásobek, účinnost se však zvýší nepatrně: výkon nemusí vzrůst ani o 10 %.

Tvar kanálků desek

Tvary kanálků výměníků tepla ARES

Většina výrobců dodává výměníky v provedení s kanálky typu L, M nebo H, případně v kombinaci L+M či M+H. Tvar kanálků se vyjadřuje jako

  • H (high theta, velký úhel): uspořádání kanálků mezi deskami klade průtoku překážky, to způsobuje překotné valení média, turbulence. Výsledkem je velká účinnost a také velký odpor (tzn. velké tlakové ztráty);
  • M (médium, střední úhel);
  • L (low theta, malý úhel): malý odpor a také menší účinnost.

Vhodnost kanálků vyjde z výpočtu pro daný projekt. Velké tlakové ztráty znamenají více práce pro oběhové čerpadlo. Pokud jsou tlakové ztráty příliš vysoké, dají se snížit zvýšením počtu desek. Přílišné snižování tlakových ztrát není vždy žádoucí. V takovém případě malý průtok mezi deskami potlačuje turbulentní proudění. Turbulentní proudění přináší samočisticí schopnost výměníku. Hrozí-li zanášení výměníku nečistotami, není vhodné výměník příliš předimenzovávat. Je to turbulentní proudění, které zamezuje zanášení desek výměníku nečistotami.

Velikost průtoku

Regulací průtoku lze regulovat výkon výměníku. Pokud se zdvojnásobí průtok na obou okruzích, může se až zdvojnásobit výkon. Ten ale nelze zvyšovat nade všechny meze. Tlakové ztráty (odpor výměníku) totiž rostou se čtvercem průtoku a bylo by nákladné pořídit a provozovat takové oběhové čerpadlo. Investice do oběhového čerpadla by mohla převýšit cenu výměníku. V běžných případech je z toho důvodu vhodné navrhovat na průtoky 1 až 3 m3/h a tlakové ztráty 20 až 40 kPa. Výkonové křivky čerpadel GRUNDFOS Alpha1L

Vzdálenost teplot médií primárního a sekundárního okruhu

Je snazší dosáhnout výkonu 10 kW ve výměníku při ohřevu vody ze studny než při ohřevu zpátečky ústředního topení (za předpokladu, že zdroj tepla je v obou případech totožný). Příklad:

  • zdroj (primární okruh) výkon 23 kW, 70/50 °C:
  • sekundární okruh 10/30 °C: výměník E5Tx10 (10 desek);
  • sekundární okruh 40/60 °C: výměník E5Tx70 (70 desek).

V obou případech jsou průtoky 1 m3/h a přenese se výkon 23 kW. Avšak je-li studená strana daleko od teplé, úloha je značně jednodušší a stačí mnohem menší výměník.

Vlastnosti médií

Některá média se ohřívají snadněji, některá přenášejí teplo lépe. Olej má velkou viskozitu a bude potřebovat jiný výměník než voda, jinak by tlakové ztráty byly neúměrně vysoké. Směs ethylenglykolu potřebuje více desek než voda k přenesení totožného výkonu.

Je nutné znát média, která v úloze pracují a návrh se počítá přímo na ně.

Výpočet

Parametrů, které mají vliv na přenášený výkon je ještě více. Výše jsou shrnuty ty nejdůležitější. Doporučujeme Vám vyžádat si výpočet pro daný projekt. K orientaci Vám poslouží následující odkazy: