Wstęp

Wymienniki wodne: nagrzewnice i chłodnice stanowią podstawowe sekcje funkcjonalne prawie każdej centrali wentylacyjnej. Przekazują ciepło lub chłód od medium grzewczego/chłodzącego do powietrza w centrali wentylacyjnej. Odpowiadają za dopasowanie temperatury powietrza nawiewanego do wymaganych warunków pracy – zarówno w centralach z odzyskiem ciepła, jak i bez niego. Każdy wymiennik może być zasilany zarówno czystą wodą lub mieszanką wodną glikoli. Specyficznym rodzaje nagrzewnicy i chłodnicy wodnej są wymienniki stosowane przy tzw. glikolowym odzysku ciepła. Ich dobór ma bezpośredni wpływ na skuteczność całej instalacji HVAC, zużycie energii i niezawodność systemu.

Budowa wymiennika lamelowego

Wymienniki lamelowe wodne składają się z:
– rurek (miedzianych lub stalowych), przez które przepływa czynnik grzewczy lub chłodniczy,
– lamel aluminiowych, które zwiększają powierzchnię wymiany ciepła z powietrzem,
– kolektorów rozdzielających przepływ medium,
– obudowy i wsporników do montażu w sekcji centrali.

Lamele mogą być powlekane w przypadku środowisk agresywnych lub dużej wilgotności (np. w przemyśle spożywczym). Rozstaw lamel wpływa na opory przepływu powietrza i podatność na zanieczyszczenia. Typowy rozstaw lamel to 2–3 mm. W niektórych sytuacjach mogą być jednak znacznie większe i dochodzić nawet do 8-10 mm, np. przy chłodnicach glikolowych zasilanych mieszanką o bardzo niskiej, często ujemnej temperaturze. Wówczas większy rozstaw lamel zmniejsza ryzyko obladzania się wymiennika, oraz pozwala na zachowanie wymaganego przepływu nawet przy częściowym oblodzeniu.

Dobór wymienników wodnych w centrali wentylacyjnej

Aby prawidłowo dobrać wymiennik wodny powinniśmy dysponować następującymi danymi:

Przepływ powietrza

Parametr ten podawany jest najczęściej w m3/h lub m3/s i jest najważniejszym parametrem do którego dobierana jest centrala wentylacyjna, a co za tym idzie także wymienniki wodne: nagrzewnice i chłodnice. Prędkość powietrza w przestrzeni roboczej wymiennika powinna być tak dobrana, aby odebrać ciepło lub chłód nie powodując jednocześnie zbyt dużych oporów powietrza. Optymalna prędkość przepływu w przestrzeni roboczej to 1,5 – 3 m/s

Zakres temperatur grzania lub chłodzenia

Powietrze po przejściu przez wymiennik zmienia swoja temperaturę, zatem dobierając wymiennik musimy wiedzieć jaka temperatura powietrze będzie napływać na wymiennik oraz jaką temperaturę ma osiągnąć powietrze po przejściu przez wymiennik. W systemach z odzyskiem ciepła często uwzględnia się dodatkowy zapas temperaturowy (najczęściej 2-5 stopni). Szczególnie odzysk ciepła z zastosowaniem wymienników krzyżowych i przeciwprądowych może generować obladzanie się wymiennika, a wówczas jego sprawność okresowo będzie spadać, zatem lekko przewymiarowana nagrzewnica będzie w stanie pokryć wówczas okresowo zwiększone zapotrzebowanie mocy.

Temperatura zasilania i powrotu czynnika grzewczego i chłodniczego

Temperatura czynnika zarówno na zasilaniu, jak i na powrocie nagrzewnicy czy chłodnicy to kolejny kluczowy parametr. Od niego zależy w dużej mierze powierzchnia wymiennika. Niskie parametry nagrzewnicy, np. 60/40 lub jeszcze niższe będą ograniczały straty ciepła na przesyle, ale jednocześnie zwiększały powierzchnie roboczą wymiennika oraz opory powietrza a co za tym idzie zarówno cenę wymiennika, jak i całej instalacji. Podobnie w przypadku chłodnicy. Bardzo niskie parametry czynnika chłodniczego, np. 2/5 będą zwiększały udział tzw. ciepła utajonego w całkowitej mocy wymiennika, ale jednocześnie będą mogły zapewnić większą moc przy mniejszej powierzchni. Od parametrów czynnika, który zasila wymiennik zależy w dużej mierze opór przepływu powietrza przez wymiennik.

Rodzaj czynnika grzewczego i chłodniczego

W zależności od tego, czy wymienniki mają być zasilane wodą, czy wodną mieszanką glikolu zmienia się lepkość kinematyczna czynnika, oraz jego zdolność do oddawania ciepła (przewodność). Wskutek słabszej przewodności i większej lepkości kinematycznej mieszanki glikoli zwiększa się zapotrzebowanie na powierzchnię wymiennika od kilku do nawet kilkudziesięciu procent. Rodzaj czynnika wpływa również znacząco na opory hydrauliczne wymiennika.

Wymienniki wodne w wykonaniu specjalnym

W sytuacji gdy nagrzewnica lub chłodnica w centrali wentylacyjnej jest narażona na kontakt z powietrzem zanieczyszczonym związkami chemicznymi, które mogą wchodzić w reakcję z metalami, z których zbudowany jest wymiennik można zastosować odpowiednią powłokę na elementach wymiennika, lub też wykonać go z materiałów specjalnych, takich jak stal nierdzewną lub kwasoodporna. Zarówno każdy rodzaj powłoki na wymienniku, a przede wszystkim zastosowanie stali nierdzewnych spowoduje zmianę współczynnika przejmowania ciepła. Moc takiego samego wymiennika wykonanego ze stali nierdzewnej w stosunku do standardowego wymiennika miedź-aluminium może być nawet 2-krotnie niższa!

Rodzaj powłokiOdpornośćZastosowaniePrzed czym chroniUwagi techniczne
Epoksydowa★★☆☆☆Podstawowa ochrona w warunkach suchych i neutralnychWilgoć, lekko kwaśne lub zasadowe środowisko, pyłyNiska cena, ale ograniczona trwałość, nieznacznie zwiększa opory przepływu
Blygold★★★★☆HVAC, przemysł spożywczy, instalacje zewnętrzneMgła solna, zanieczyszczenia przemysłowe, ozon, SO₂, NOxPowłoka poliuretanowo-akrylowa z inhibitorami korozji; cienka warstwa, nie wpływa na przepływ powietrza
Electrofin★★★★☆ HVAC, przemysł spożywczy, środowiska agresywneMgła solna, wilgoć, substancje organiczne, tlenki azotu i siarkiElektroforetyczna powłoka epoksydowa; bardzo równomierna, cienkowarstwowa; brak wpływu na przepływ
Heresite★★★★★ Środowiska chemiczne i morskieKwas octowy, amoniak, chlorowodór, siarkowodór, opary z produkcji spożywczej i chemicznejTermoutwardzalna powłoka fenolowa; grubość większa niż u pozostałych, może wpływać na opory przepływu

Najczęstsze błędy projektowe w doborze wymienników

Dobrze dobrany wymiennik wodny: nagrzewnica czy chłodnica może Cię ustrzec przed poważnymi konsekwencjami. Do najczęstszych błędów przy doborze wymienników należą:

  • nie uwzględnienie wpływu glikolu – to bardzo częsty błąd. W założeniu miała być woda, ale inwestor zmienił na glikol już po dostawie centrali. Dobrze dobrany wymiennik powinien mieć odpowiedni margines bezpieczeństwa.
  • nieuwzględnienie spadku/wzrostu temperatury czynnika grzewczego/chłodniczego w stosunku do wartości obliczeniowych. Zbyt niska temperatura czynnika grzewczego to niedogrzane pomieszczenia, a zbyt wysoka temperatura czynnika chłodniczego to brak komfortu lub straty w przypadku zastosowań przemysłowych
  • zbyt wysoka prędkość przepływu powietrza, groźna szczególnie przy chłodnicach. Nie tylko znacząco zwiększa opory przepływu (2-krotnie większa prędkość to 4-krotnie większe opory przepływu), ale także powoduje ryzyko porywania kondensatu z chłodnicy do kanałów wentylacyjnych.
  • Zbyt wysoki opór hydrauliczny wymiennika skutkujący dużymi stratami energii z uwagi na konieczność instalacji większej pompy obiegowej. Opór hydrauliczny jest szczególnie ważny przy niedużych układach z odzyskiem glikolowym, gdyż znaczny wzrost pobory mocy przez pompę może znacznie zniwelować zyski wynikające z zastosowania odzysku ciepła.

Podsumowanie

Wymienniki lamelowe wodne – nagrzewnice, chłodnice i układy glikolowe – to newralgiczne punkty każdej centrali. Ich poprawny dobór i wykonanie decyduje o tym, czy centrala działa zgodnie z założeniami projektowymi. Warto poświęcić im należytą uwagę już na etapie projektu – szczególnie w zakładach przemysłowych, gdzie błąd może kosztować więcej niż sama centrala.

Karta zapytania ofertowego na nietypowy wymiennik

Stosunkowo często zdarza się nam dostarczać wymienniki ciepła robione na wymiar klienta, przeznaczone do pracy w specjalnych warunkach. W takim wypadku kluczowe jest dokładne zwymiarowanie wymiennika istniejącego, lub podanie wymiarów wymiennika, oraz określenie z jakimi nietypowymi związkami chemicznymi będzie miał kontakt wymiennik. Jeśli masz zapotrzebowanie na taki nietypowy wymiennik, wypełnij poniższą kartę pdf i prześlij nam jej skan na adres: info@micro-clima.pl

Karta zapytania ofertowego na wymiennik wodnyPobierz