Výměník tepla v kotelně: princip činnosti a typy výměníků tepla pro plynové kotle – Modulární kotlové systémy

Článek podrobně zkoumá, co je výměník tepla v kotelně, jeho princip fungování a role v topném systému. Různé typy výměníků tepla, včetně deskových, plynových, litinových a měděných, a také jejich použití v plynových kotlích. Podrobné schémata výměníku tepla, vlastnosti jeho provozu a oprav, včetně výměny těsnění. Důležité aspekty výpočtu výměníku tepla pro optimální provoz topného systému. Užitečné informace pro efektivní vytápění a zásobování teplem v blogu Modks.

Vytápění v kotelně se provádí díky nepřerušovanému provozu kotle, ale instalace zahrnuje i další prvky, například ty, které jsou zodpovědné za přenos tepla pracovního prostředí. Tyto funkce vykonávají výměníky tepla pro plynové kotle. O nich si povíme v tomto článku. Podívejme se na jejich typy, vlastnosti a důležité charakteristiky.

Co je tohle?

Výměník tepla pro vytápění je speciální zařízení, které je zodpovědné za výměnu tepla mezi dvěma kapalnými médii bez jejich přímého kontaktu, tj. míchání. V kotli takový prvek přenáší tepelnou energii generovanou při spalování paliva přes stěny nebo desky zařízení, v závislosti na jeho typu. Jinými slovy, v této jednotce se chladicí kapalina neohřívá horkým hořícím plynem, jako přímo v kotli, ale horkou vodou nebo párou.

Zařízení

Pokud vezmeme v úvahu výměník tepla, jeho schéma bude záviset na typu. Konstrukce obvykle zahrnuje:

• Dvě desky. Jedna se pohybuje, druhá je nehybná. Desky jsou vybaveny otvory, kterými vstupuje a vystupuje pracovní médium.
• Desky. Jejich balení je upevněno na vodítka a pro spolehlivé upevnění a utěsnění je utaženo šrouby. Desky mají speciální uspořádání s otočením o 180° v jedné části.
• Trubky s přírubovými nebo závitovými spoji. Každá taková trubka výměníku tepla slouží k připojení potrubí k výstupnímu a vstupnímu otvoru.
• Spodní a horní rovné vodítka. Slouží k upevnění desek při montáži celé jednotky.
• Spojovací prvky, podpěrné sloupky. Tyto prvky jsou nezbytné pro sestavení celé jednotky a zajištění její stabilní svislé polohy.
• Filtr výměníku tepla. Pokud je k dispozici, současně filtruje pracovní prostředí a udržuje výměnu tepla. Jedná se o četné duté tyče, které jsou umístěny rovnoběžně se štěrbinou dané šířky. Každý takový prvek má otvory pro vstup a výstup topné kapaliny. Ta prochází tyčemi a filtrované médium proudí štěrbinami a je zbaveno nečistot.
• Těsnění výměníku tepla. Tento těsnicí prvek izoluje médium, které vyměňuje tepelnou energii, a také zabraňuje možným únikům.

Jednotlivé komponenty závisí na typu zařízení. Deskový systém výměníku tepla zahrnuje desky s kanály pro proudění kapaliny a s raženým vlnitým reliéfem. Deskové žebrované prvky jsou oddělující hlavní desky a mezi nimi umístěné žebrované povrchové ucpávky. Spirálová zařízení mají dvojici spirálových kanálů pro pohyb chladiva. Jsou navinuty na oddělovací přepážku – jádro, které se nachází uprostřed.

Proč potřebujeme výměník tepla? Jaké úkoly řeší?

Výměník tepla v kotelně plní důležité funkce:

• Přenáší teplo generované hořákem do teplonosné látky cirkulující v topném systému. Toho je dosaženo tepelným kontaktem různých kapalných médií bez jejich vzájemného míchání.
• Efektivní dodávka tepla. Teplo generované v kotli se využívá racionálněji s minimálními tepelnými ztrátami. Je cíleně dodáváno do topného okruhu, což eliminuje zbytečné výdaje na palivo.
• Zachování původní vysoké kvality nosiče tepla. Nedochází k míchání médií, horká voda se neslučuje se studenou vodou, složky jejich složení nereagují.
• Regulace a udržování optimálních teplot. Z kotle vytéká velmi horká voda. Po tepelné výměně se optimálně ohřeje na nastavené teploty odpovídající polohám ovládacích prvků, tj. provozním nastavením. Díky tomu se ve vytápěných bytech nebo jiných prostorách vytváří příznivé mikroklima.
• Bezpečný provoz systému. Do systému nepronikají žádné produkty spalování, což minimalizuje pravděpodobnost otravy oxidem uhelnatým nebo požáru.

Princip fungování

Výměník tepla v plynovém kotli přenáší tepelnou energii z jednoho média do druhého. V deskovém výměníku tepla k tomu dochází v důsledku výměny tepla dvou kapalin pohybujících se proti sobě v protiproudu: jedna teplo předává, druhá ho přijímá. Proudy jsou odděleny vlnitými kovovými deskami. Desky tvoří svazek a jsou umístěny v rámu. V oblastech jejich spojů jsou přídavné ocelové ploché díly nebo těsnění, které zabraňují míšení médií a poruchám.

V trubkové jednotce proudí studená kapalina vstupním potrubím do horní zóny potrubí, pohybuje se na samý konec a je odváděna zpět výstupním potrubím. Ohřátá voda prochází vstupním potrubím do výměníku tepla a poté je odváděna mezitrubkovým prostorem opačným směrem. Během svého pohybu horká kapalina předává své teplo potrubím, kterými cirkuluje studená voda.

Typy prvků pro výměnu tepla

Podle svého provedení se jednotky dělí na:

• Plášťový a trubkový výměník. Ve své konstrukci tvoří jeden svazek trubek. Plášťový a trubkový výměník tepla je odolný, odolný vůči vodnímu rázu, snadno se udržuje, spolehlivý a má dobrou výměnnou plochu.
• Deskový. Jak název napovídá, skládají se z desek. Deskový výměník tepla má vysokou účinnost a kompaktní rozměry, je ekonomický, má dlouhou životnost a snadno se instaluje. Jeho kapacitu lze zvýšit instalací dalších desek.
• Spirála. Jedná se o ocelové plechy složené speciálním způsobem do spirály. Mezi výhody patří: samočištění, účinnost, malá velikost.
• Zkroucené. Jedná se o systém zakřivených trubek – spirál, kterými se pohybuje chladicí kapalina. Výhody – odolnost proti opotřebení, bezpečnost, vysoká účinnost, jednoduchá a levná oprava výměníku tepla, samokompenzace.
• Dvojité potrubí. Jedná se o postupně propojené články sestávající ze dvou koaxiálních trubek, které jsou upevněny pomocí rolek. Snadno se udržují, mají jednoduchou konstrukci a dobrý koeficient prostupu tepla.
• Blok. Skládají se z bloků uzavřených v jednom kovovém pouzdře. Tyto prvky mohou být válcové nebo obdélníkové. Jsou opatřeny kanály – svislými a vodorovnými.

Podle jejich účelu existují dva typy:

• Primární výměník tepla. Jedná se o hadovitou trubici umístěnou v jedné rovině a doplněnou deskami různých velikostí. Taková jednotka zajišťuje přívod tepla.
• Sekundární výměník tepla. Jeho funkcí je ohřev vody pro ohřev teplé vody. Taková jednotka je vyrobena z desek s průchody, kterými proudí voda z kohoutku.
• Bithermický. Funguje jak pro vytápění, tak pro ohřev teplé vody.

Podle interakce médií se prvky pro výměnu tepla dělí na:

• Povrch. V nich se teplo přenáší bez míchání, přes kontaktní povrch.
• Míchání. Zde se pracovní média přímo dotýkají a jsou propojena. Příklad: chladicí věže.

Podle přenosu tepelné energie se rozlišují následující výměníky tepla:

• Rekuperativní. U nich je přenos kontinuální a provádí se pomocí kontaktní plochy.
• Regenerativní. Zde se horké a studené (ohřáté) kapaliny, tj. nosič tepla a spotřebič tepla, nepohybují nepřetržitě, ale s určitou periodicitou.

Deskové jednotky se na základě způsobu spojení konstrukčních prvků dělí na svařované, rozebíratelné, polosvařované a pájené.

Důležité! Olejový výměník tepla nemá nic společného s instalací kotlů. Patří do chladicího a mazacího systému výkonného dieselového agregátu.

Materiály výroby

Pro výrobu se používají:

• Měď. Měděný výměník tepla je lehký, kompaktní, ohřívá se vysokou rychlostí, vykazuje účinnost přes 95 %, nerezaví, umožňuje ekonomickou spotřebu paliva a vydrží přibližně 15–17 let. Měděné modely patří do středního a prémiového cenového segmentu.
• Ocel. Tento materiál je odolný vůči vysokým i nízkým teplotám a jejich změnám, je trvanlivý a má průměrnou cenu. Ocelová zařízení jsou malá, ne příliš těžká. Mohou se však časem vyhořet a zrezivět. Stěny jednotky musí být alespoň 3 mm.
• Litina. Litinový výměník tepla může fungovat s původními vlastnostmi zachovanými až 50 let, má vysokou tepelnou kapacitu, je odolný vůči agresivnímu prostředí a korozi. Takový kov však hodně váží, je náchylný k negativnímu vlivu prudkých teplotních výkyvů a je náročný na povrchovou úpravu podkladu pro instalaci. Litinová jednotka také zabírá hodně místa.
• Hliník. Kov je levný, neoxiduje a nerezaví. Hliníkové výměníky tepla se používají v konvekčních a kondenzačních kotlích.

Vlastnosti výměny tepla: účel a vlastnosti výměníků tepla v různých objektech

V závislých topných systémech se nepoužívají tepelné jednotky. Zde je tepelná energie se specifikovanými parametry odesílána z centrálního kotle přímo do odběrných míst – baterií.

Nezávislý systém zahrnuje ITP – jednotlivé topné body vybavené zařízeními pro výměníky tepla. Každé ITP je zodpovědné za servis konkrétního objektu nebo jeho samostatné zóny. Dále se budeme zabývat nuancemi použití výměníků tepla v různých oblastech.

Pro vícepodlažní budovy jsou vhodnější demontovatelné deskové výměníky tepla, protože mohou bez problémů fungovat až čtvrt století, snadno se demontují a mají nastavitelný výkon (pro jeho změnu je nutné desky vyjmout nebo přidat). Protože však konstrukce obsahuje těsnění, je nutné je vyměňovat každých 5–10 let v závislosti na vlastnostech chladiva.

Nejvhodnějším plynovým výměníkem tepla pro kotel používaný v soukromém domě je deskový pájený výměník. Odolá kontaktu i s agresivním prostředím, slouží bez poruch přibližně 10-15 let, snadno a rychle se instaluje a vykazuje slušnou účinnost díky dobrému přenosu tepla a minimálním tepelným ztrátám. Další výhodou je nemožnost úniků v důsledku absence těsnění.

Na čem závisí účinnost výměníku tepla?

Účinnost je ovlivněna:

• materiál;
• konstrukce;
• šířka pásma;
• kapacita kotelního zařízení;
• požadovaný objem energie, který má být přenesen;
• kvalita služeb;
• Vlastnosti použití;
• včasnost výměny prvků, které je třeba pravidelně měnit.

Často kladené otázky

1. Co je to výměník tepla v kotelně?

Jedná se o jednotku zodpovědnou za výměnu tepla mezi dvěma prostředími – horkým, ohřívaným kotlem, a vstupujícím do topného systému s požadovanou teplotou.

1. Jak funguje výměník tepla?

Do něj vstupuje horká voda, ohřátá na požadovanou teplotu spalováním plynu. Toto médium odevzdává své teplo kontaktní plochou, například stěnami trubek nebo desek.

1. Jaké typy výměníků tepla existují a jaké jsou jejich vlastnosti?

Dělí se na deskové, kroucené, spirálové, trubkové, dvoutrubkové, sekundární a primární, směšovací a povrchové, rekuperační a regenerativní. Charakteristiky jsou diskutovány v článku.

1. Jak vybrat výměník tepla pro plynový kotel?

Je nutné zohlednit materiál, rozměry, typ, cenu, požadovanou funkčnost a průtok. Optimální výkon se tedy určí výpočtem výměníku tepla pomocí speciálních vzorců, s přihlédnutím k objemu cirkulující kapaliny, jejím teplotám na vstupu a výstupu z jednotky, tepelné vodivosti materiálů jednotky a vytápěné ploše. Průtok závisí na výkonu kotle.

1. Je nutné pravidelně proplachovat nebo vyměňovat těsnění ve výměníku tepla?

Ano, je třeba pravidelně proplachovat jednotku, aby se z povrchů kovových částí odstranily nečistoty z vody – soli tvrdosti, mechanické nečistoty, úlomky rzi. Četnost čištění závisí na kvalitě přiváděné vody. Výrobci doporučují průměrně každý rok. Výměna těsnění výměníku tepla je také nutná, ale provádí se přibližně jednou za pět let.

Závěr

Aby jednotka sloužila dlouho a abyste se vyhnuli nutnosti výměny výměníku tepla krátce po instalaci, musíte si vybrat správný prvek nebo zakoupit hotový kotel, který bude obsahovat všechny hlavní i pomocné komponenty.

Společnost „Modulární kotlové systémy“ nabízí instalace různých typů, které se vyznačují vysokým výkonem, odolností proti opotřebení, spolehlivostí a účinností. Vybereme vhodnou variantu na základě vašich výpočtů nebo samostatně určíme všechny potřebné parametry s ohledem na požadavky a přání.