Výměník tepla tepelného čerpadla

Typy výměníků tepla v tepelných čerpadlech:

Výměníky tepla v tepelných čerpadlech se liší svou konstrukcí, vhodností pro použité chladivo a materiálem. V tepelných čerpadlech se používají následující výměníky:

Lamelové výměníky tepla

Lamelové výměníky tepla jsou specifickým typem výměníku tepla, který se často používá v aplikacích, kde je jedním z médií vzduch. V tepelných čerpadlech jsou součástí primárního okruhu a mají funkci výparníku. Jejich konstrukce je optimalizována pro účinnou výměnu tepla mezi vzduchem a kapalinou nebo mezi vzduchem a chladivem, tj. nejčastěji se vyskytují v tepelných čerpadlech vzduch-voda nebo vzduch-vzduch. Lamelový výměník tepla se skládá z řady kovových desek (lamel), které jsou připevněny k trubkám. V těchto trubkách proudí chladivo nebo jiné kapalné médium. Lamely zvětšují plochu povrchu výměníku tepla, což umožňuje účinnější přenos tepla mezi vzduchem proudícím kolem žeber a chladivem v trubkách. Materiál použitý pro lamely a trubky obvykle zahrnuje hliník, měď nebo nerezovou ocel a závisí na specifických požadavcích, jako je odolnost proti korozi a tepelná vodivost.

Princip činnosti lamelových výměníků tepla

V lamelovém výměníku tepla proudí vzduch skrz lamely, zatímco chladivo nebo jiné kapalné médium proudí uvnitř trubek. Díky vysokému tepelnému rozdílu mezi médii a zvětšené ploše, kterou poskytují žebra, dochází k účinné výměně tepla. Žebra rovněž zajišťují rovnoměrné rozložení vzduchu po celé ploše trubek, čímž se maximalizuje účinnost přenosu tepla.

Jaké jsou výhody lamelových výměníků tepla?

• Hlavní výhodou je vysoká účinnost přenosu tepla. Větší plocha povrchu žeber umožňuje účinný přenos tepla mezi médiem v trubkách a proudícím vzduchem.
• Dalším bonusem je jejich kompaktní provedení. V porovnání s jinými typy výměníků tepla nabízejí lamelové výměníky velkou plochu pro výměnu tepla na relativně malé ploše, což šetří místo.

Díky své flexibilitě jsou vhodné pro širokou škálu aplikací od domácích tepelných čerpadel až po průmyslové chladicí systémy.

Deskové výměníky tepla

Deskové výměníky tepla jsou nejběžnějším typem díky svým kompaktním rozměrům a vysoké účinnosti.  Skládají se z tenkých desek, které jsou těsně přitisknuté k sobě a mezi každou dvojicí desek proudí jedno z médií, což umožňuje účinný přenos tepla.

Jsou vhodné pro aplikace, kde je vyžadována vysoká účinnost přenosu tepla v omezeném prostoru. V systémech tepelných čerpadel se používají především v sekundárních okruzích pro výměnu tepla mezi chladivem a vodou. Zde umožňují účinný přenos tepla do topných systémů nebo zásobníků teplé vody bez přímého kontaktu s chladivem. Tento typ výměníku se nejčastěji používá v kondenzátorech tepelných čerpadel vzduch-voda nebo voda-voda. V některých tepelných čerpadlech se používají k ohřevu vody, a to buď přímo z primárního okruhu, nebo jako součást integrovaného systému ohřevu vody, kde je třeba zvýšit teplotu vody na požadovanou úroveň. Mohou být také použity k rekuperaci tepla z odpadní vody nebo jiných procesů v budově, čímž se zvyšuje celková účinnost systému tepelného čerpadla.

Princip činnosti

Princip činnosti deskových výměníků tepla v tepelných čerpadlech je založen na přímém přenosu tepla mezi dvěma nebo více médii, která proudí blízko sebe, ale jsou fyzicky oddělena tenkými deskami, aby se zabránilo jejich promíchání. Tyto desky jsou obvykle vyrobeny z vysoce vodivých materiálů, jako je nerezová ocel, a jsou navrženy tak, aby poskytovaly velkou plochu pro výměnu tepla a zároveň zvyšovaly turbulenci proudících médií, čímž se zvyšuje účinnost přenosu.

Výhody deskových výměníků tepla

• Deskové výměníky tepla nabízejí vysokou tepelnou účinnost díky své konstrukci, která umožňuje intenzivní přenos tepla mezi proudícími médii v tenkých kanálech. Tato účinnost je výhodná v sekundárních okruzích, kde je cílem maximalizovat přenos tepla z chladiva do systému vytápění nebo ohřevu vody.
• Další výhodou je jejich kompaktnost a možnost regulace výkonu přidáním nebo odebráním desek, včetně relativně snadné údržby.

Plášťové a trubkové výměníky tepla

Plášťové a trubkové výměníky tepla se používají v primárních okruzích tepelných čerpadel, která pracují na principu voda-voda nebo země-voda. V těchto systémech jsou trubkové výměníky důležité pro účinný přenos tepla mezi zdrojem (vodou nebo zemí) a chladivem v tepelném čerpadle.

Princip činnosti a použití trubkových výměníků tepla

Mají jeden nebo více svazků trubek, kterými proudí jedno médium, zatímco druhé médium proudí kolem trubek ve větším plášti. Mohou mít různé konfigurace včetně přímého proudění, protiproudu a křížového proudění.

V systémech tepelných čerpadel voda-voda se trubkové výměníky tepla používají k přenosu tepla mezi zdrojem vody (např. podzemní vodou) a chladivem v tepelném čerpadle. Zdrojová voda prochází vnitřkem trubek, zatímco chladivo cirkuluje ve vnějším plášti nebo naopak, což umožňuje účinnou výměnu tepla.

U tepelných čerpadel země-voda se trubkové výměníky často používají k přenosu tepla mezi zemí (prostřednictvím tepelných kolektorů zakopaných v zemi) a chladivem v tepelném čerpadle. Nemrznoucí směs (solanka) nebo voda cirkuluje v trubkovém systému pod zemí, kde absorbuje nebo uvolňuje teplo, a poté prochází trubkovým výměníkem tepla, kde dochází k výměně tepla s chladivem. V některých případech lze trubkové výměníky tepla použít také v sekundárních okruzích tepelných čerpadel pro dodatečný ohřev vody, například v systémech, kde je požadován vysoký výkon ohřevu vody nebo kde jsou specifické požadavky na kvalitu vody.

Výhody trubkových výměníků tepla

• Mají vysokou životnost a jsou vhodné pro aplikace, kde může být médium korozivní nebo kde jsou vysoké požadavky na tlak.
• Trubkové výměníky tepla umožňují účinnou výměnu tepla i při velkém objemu média.

Spirálové výměníky tepla - princip činnosti a výhody

Spirálové výměníky tepla pro tepelná čerpadla se skládají ze dvou dlouhých kovových desek navinutých kolem středového jádra, které tvoří spirálu. Tyto plechy jsou od sebe odděleny a utěsněny tak, že vytvářejí dva oddělené kanály pro obě média, mezi nimiž dochází k přenosu tepla.Tento typ výměníku tepla je navržen tak, aby maximalizoval plochu pro výměnu tepla a zároveň poskytoval vysokou účinnost v kompaktním provedení. Spirálové výměníky tepla jsou vhodné zejména pro aplikace, kde je požadován vysoký výkon výměny tepla a kde se mohou vyskytovat zbytková média nebo média s vyšší viskozitou. V systémech tepelných čerpadel lze spirálové výměníky tepla použít k různým účelům, například jako výparníky, kde chladivo absorbuje teplo z vnějšího zdroje (např. odpadní vody nebo procesního tepla), nebo jako kondenzátory, kde chladivo uvolňuje teplo do systému vytápění nebo teplé vody.

Výhody spirálových výměníků tepla

• Díky své konstrukci umožňují spirálové výměníky tepla velmi účinný přenos tepla i při relativně malém rozdílu teplot mezi médii.
• Velkou výhodou je také jejich odolnost a kompaktní provedení. Jsou ideální pro použití v tepelných čerpadlech, zejména v průmyslovém sektoru s vysokým zatížením nebo tam, kde jsou média náchylná k usazování.