5,000 / 5,000
Lämpöpumput sopivat vähentämään energiankulutusta ja lisäämään energiatehokkuutta ympäristöystävällisellä tavalla. Lisääntynyt globaali tyytyväisyys LVI-tekniikkaan on liikkeellepaneva tekijä kehitettäessä erilaisia tapoja lisätä lämmönvaihtimien energiatehokkuutta.
Tässä mielessä lämmönvaihtimella on keskeinen rooli koko lämpöpumppujärjestelmän vakauden varmistamisessa. Kaikilla lämpöpumppuvaihtimilla on samanlaiset suunnitteluperiaatteet. Tehokkaat lämpöpumput vaativat kuitenkin optimaaliset lämmönvaihtimet. Aloitetaan lämmönvaihtimen toimintaperiaatteesta, suunnittelusta, soveltuvuudesta ja muista tärkeistä seikoista.
Mikä on lämmönvaihdin?
Lämmönvaihdin on laite, joka keskittyy lämpöenergiakierron pääparametreihin. Termodynamiikka mahdollistaa lämmön virtauksen nesteissä, joilla on erilaisia ominaisuuksia. Lämmönvaihtimien mallit vaihtelevat perinteisistä uusimpiin innovaatioihin.
Suunnitteluominaisuudet määräytyvät sovellusten, kuten prosessilaitosten ja teollisuuden, mukaan. Tyytyväisyys LVI-järjestelmien lämmönvaihtimiin johtuu niiden erinomaisesta lämpötilan jakautumisesta ja kustannustehokkuudesta. Myös lämmönvaihtimien käyttöä jäähdytysjärjestelmissä on mukautettu laajasti.
Miten lämpö vaihtuu?
Lämpödynaamiset lait määräävät, kuinka lämpö vaihtuu laitteessa. Lämmön luonnollinen käyttäytyminen on virrata korkean lämpötilan osista matalan lämpötilan osiin. Lämpöpumppujärjestelmät olennaisesti vaihtavat lämpöä lämmönlähteestä jäähdytyselementtiin; ne käyttävät liikkeen periaatetta lämmöntuoton sijaan.
Lämmönsiirtotavat varmistavat tehokkaasti, että prosessi tapahtuu erikseen jäähdyttimessä. Lämmönvaihdin ei siis ole yksittäinen laite, vaan yhdistelmä erilaisia kierukoita, levyjä, putkia ja muita komponentteja, jotka toimivat yhdessä helpottamaan lämmönsiirtoa. Katsotaanpa tarkemmin:
● Johto – Lämmönsiirtoprosessissa on molekyylejä, joilla on eri kineettinen energia. Kun nämä molekyylit törmäävät, ne, joilla on korkeampi kineettinen energia, siirtävät lämpöenergiaa alhaisemman energian omaaville. Lämmönvaihtimissa on seinät, jotka toimivat esteenä nesteiden välillä ja toimivat johtumisreittinä. Laitteet käyttävät Fourier’n lämmönjohtavuuslakia ja prosessi jatkuu lämpötasapainoon asti.
● Konvektio – Tämä prosessi sisältää Newtonin jäähdytyslain. Lämpöpumppujääkaapin lämpöenergia siirtyy liikkumalla lämmönvaihtimen seiniä pitkin. Kuumennetut molekyylit laajenevat ja liikkuvat ylöspäin, koska niiden tiheys on pieni. Tämän liikkeen aikana ne joutuvat kosketuksiin viileämpien kanssa ja siirtävät lämpöenergiaa niille. Kun kuumennetut molekyylit menettävät ylimääräisen lämpönsä, niiden tiheys kasvaa ja ne putoavat. Tämä jatkuva prosessi tunnetaan konvektiovirrana.
● Lämpösäteily – Tämä on prosessi, jossa sähkömagneettista energiaa lähetetään korkean lämpötilan pinnalta. Säteily on vapaasti virtaavaa, koska se ei tarvitse siirtoainetta.
Lämmönvaihtimen virtauskokoonpano
Ajattele näitä periaatteita lämpöpumpun jäähdyttimen liikkeenä. Lämmönvaihtoprosessiin liittyy erilaisia virtauskonfiguraatioita, kuten:
Päkkäiset virrat
Nesteiden liike tässä lämmönvaihtimessa on lineaarinen, mutta liikkeen kulku on päinvastainen. Lämmönvaihtimessa olevat nesteet ylläpitävät jatkuvaa lämpötilan vaihtelua. Ne ovat erittäin tehokkaita, minkä vuoksi ne ovat suosittuja, ja virtauskonfiguraatio käyttää vähemmän pinta-alaa kuin yhteisvirtauskokoonpano.
Poikkivirtaus
Nämä lämmönvaihtimet soveltuvat kaasumaisille tai höyryisille nesteille. Neste pysyy putkessa, kun kaasu virtaa putken ulkopinnalla. Tässä virtauskonfiguraatiossa nesteen liike on kohtisuorassa ja sen tehokkuus voidaan arvioida väliaineeksi verrattuna hybridi- ja vastavirtauskonfiguraatioihin.
Hybridivirtaus
Se on innovaatio, joka yhdistää kaikki edellä mainitut lämmönvaihtimien kokoonpanot. Yksinkertaisesti sanottuna yhdessä lämmönvaihtimessa esiintyy useita liikeratoja. Ne ovat ihanteellisia sovelluksiin, joissa on rajoituksia, kuten paine, lämpötila ja hinta.
Lämmönvaihdon tyypit
Epäsuoran kontaktin tyyppi
Kaikentyyppisissä lämmönvaihtimissa on komponentteja, jotka palvelevat erilaisia käyttötarkoituksia. Tässä lämpöpumppuluokassa on levyjä ja putkia, jotka toimivat esteinä ja varmistavat, että nesteet eivät sekoitu lämmönvaihtoprosessin aikana.
Putkien tai levyseinien valmistukseen käytetty materiaali on pääasiassa metallia. Epäsuoran lämmönvaihdon tyyppejä ovat:
● Levylämmönvaihtimet – nämä laitteet on valmistettu ohuista tiiviisti yhdistetyistä levyistä. Erilliset levyt mahdollistavat nesteiden virtauksen erottamisen. Tämän tyyppinen virtauskonfiguraatio on vastavirta, ja sitä voidaan muokata esimerkiksi tyyny- tai levylämmönvaihtimilla.
● Kuori ja putki – tämä tyyppi sisältää useita putkia suuremmassa sylinterimäisessä kuoressa. Putket ovat erotettuja, jolloin nesteet virtaavat putken sisällä ja ulkopuolella