Wybrane aplikacje rurek ciepła w klimatyzacji i inżynierii budowlanej |
Data dodania: 01.07.2010 | ||||||||
Rurki ciepła ze względu na swoją wysoką efektywność, trwałość i możliwość pracy w szerokim zakresie temperatur znalazły zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, począwszy od chłodnictwa i klimatyzacji (w przemyśle spożywczym, w przechowywaniu żywności, w wymiennikach klimatyzacyjnych), poprzez przemysł chemiczny i metalurgiczny, aż po przemysł elektroniczny (chłodzenie urządzeń elektronicznych). Rurki ciepła z powodzeniem wykorzystywane są również w technologiach kosmicznych (chłodzenie silników i elektroniki statków kosmicznych i satelitów kosmicznych), kriochirurgii, w chłodzeniu cylindrów silników oraz łopatek turbin, w elementach kolektorów słonecznych, w instalacjach zabezpieczających przed pokryciem lodem i śniegiem dróg przejazdowych, oraz do utrzymywania odpowiednio niskiej temperatury gruntu na terenach wiecznej zmarzliny zabezpieczając przed zniszczeniem znajdującą się tam infrastrukturę (np. rurociąg Trans-Alaska). Aplikacje wykorzystujące rurki ciepła można przedstawić w postaci kilku szerokich grup, z których każda opisuje własności rurek ciepła. Te grupy to:
Analizując pierwszą własność można wywnioskować, że wysoka efektywna przewodność cieplna rurki ciepła umożliwia przewodzenie ciepła z wysoką sprawnością na znaczne odległości. W wielu aplikacjach, gdzie jest wymagane chłodzenie elementu, niepożądane jest rozpraszanie ciepła przez radiator przylegający bezpośrednio do elementu. Jako przykład można podać wykorzystanie rurki ciepła do odbioru ciepła z urządzenia wysokiej mocy, w którego wnętrzu bezpośrednio znajdują się komponenty zawierające inne wrażliwe na temperaturę elementy. Zastosowanie w tym przypadku rurki ciepła pozwala połączyć element wytwarzający ciepło z oddalonym radiatorem, umieszczonym na zewnątrz urządzenia, a izolacja termiczna zmniejsza do minimum straty ciepła od pośrednich sekcji rurki ciepła. Większość zastosowań rurek ciepła do regulacji termicznej w elektronice jest przede wszystkim skierowane na rozdzielanie źródła i odbioru ciepła. Druga własność z listy powyżej, czyli wyrównywanie temperatury, jest ściśle powiązana z opisanym wcześniej odseparowaniem źródła i odbioru ciepła. Wnioskując z zasady działania, rurka ciepła dąży do wyrównania temperatury. Własność ta może zostać użyta do zredukowania różnic temperatur między nierówno ogrzanymi obszarami danego ciała. Ciałem takim może być satelita, którego część zewnętrznej powłoki jest zwrócona ku słońcu i ogrzewa się, natomiast jego druga część znajdująca się w cieniu jest chłodniejsza, a wymagane jest wyrównanie temperatury na całej jego powłoce. Własność trzecia, czyli przemiana strumienia ciepła znalazła zastosowanie w technologii reaktorów. Dla przykładu w termoelektrycznych generatorach jest wykorzystywana przemiana względnie małego strumienia ciepła generowanego np. w radioaktywnych izotopach, do wystarczająco dużego strumienia ciepła potrzebnego do efektywnej pracy tych generatorów. Czwarta grupa aplikacji, czyli regulacja i kontrola temperatury, wykorzystuje rurki ciepła o zmiennej przewodności (variable conductance heat pipe – VCHP). Na początku VCHP były wykorzystywane głownie w statkach kosmicznych, natomiast teraz stały się powszechnie stosowane w wielu aplikacjach do regulacji temperatury, od podzespołów elektronicznych do pieców i piekarników. Tak jak wszystkie urządzenia, rurki ciepła muszą spełniać wymagane kryteria zanim zostaną wykorzystane w przemyśle. Napewno do wszelkich zastosowań w przemyśle i inżynierii budowlanej rurka ciepła musi być niezawodna i bezpieczna, ekonomicznie efektywna oraz łatwa w montażu i demontażu. Oczywiście są to tylko podstawowe kryteria, które rurki ciepła muszą spełnić, aby być z powodzeniem wykorzystywane [6]. Rurki ciepła w systemach klimatyzacyjnych Odzysk ciepła Do najpopularniejszych urządzeń do odzysku ciepła w systemach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych można zaliczyć wymienniki krzyżowe, wymienniki obrotowe oraz układy z medium pośredniczącym. Do tych ostatnich zaliczają się wymienniki zbudowane z rurek ciepła. Najczęściej są one stosowane w wentylacji i klimatyzacji pomieszczeń z dużą zawartością wilgoci [7]. Wynika to z faktu, iż wymienniki z rurkami ciepła charakteryzują się niską temperaturą szronienia oraz możliwością łatwego czyszczenia. Niewątpliwym atutem tych wymienników jest również całkowite wyeliminowanie zanieczyszczeń krzyżowych za pomocą całkowitego odizolowania powietrza usuwanego od nawiewanego. Systemy wykorzystujące rurki ciepła do odzysku ciepła z powietrza usuwanego, charakteryzują się jednakowo wysoką sprawnością bez względu na to czy pracują w porze letniej czy zimowej. Spowodowane jest to między innymi tym, że wymienniki z rurkami ciepła nie potrzebują energochłonnych układów do oszraniania w warunkach niskich temperatur zewnętrznych. Do regulacji wydajności odzysku ciepła stosuje się obejścia tzw. „by-passy”. Zasadę działania układu odzysku ciepła z powietrza wywiewanego na przykładzie zimy pokazano na rysunku 1.
Podczas pory zimowej gorące powietrze wywiewane z pomieszczeń przepływa przez dolną część wymiennika i ogrzewa go, powodując parowanie płynu roboczego wewnątrz rurki ciepła. Odparowany czynnik przedostaje się do górnej części rurki ciepła i skrapla się, oddając ciepło do powietrza nawiewanego z zewnątrz. Przepływ powietrza za pomocą szeregu przepustnic i tzw. „by-passu” może być realizowany jako:
Do czołowych producentów wymienników ciepła, bazujących na zasadzie działania rurek ciepła należą IVP – Szwecja, Comiter – Włochy, Delta Air – Francja, Thermacore Europe – Wielka Brytania. Wymiennik do odzysku ciepła firmy Thermacore pokazany jest na rysunku 2.
W Polsce centrale nawiewno-wywiewne wyposażone w wymienniki typu rurka ciepła produkowane są przez firmę Klimor. Wymienniki tej firmy zbudowane są z miedzianych rur - 16 x 0,8 mm oraz aluminiowych lamel 0,18 mm, zamkniętych w obudowie z blachy ocynkowanej pokrytej dodatkowo farbą antykorozyjną [7]. Chłodzenie i osuszanie powietrza Rurki ciepła stosowane są również w systemach klimatyzacyjnych do osuszania powietrza. Zastosowanie takie pokazuje rysunek 3.
Układ do osuszania powietrza można podzielić na dwie sekcje, pierwsza to chłodzenie wstępne, natomiast druga to ogrzewanie wtórne. Pierwsza sekcja jest usytuowana w strumieniu ciepłego powietrza zewnętrznego. Ciepłe powietrze zewnętrzne przepływa przez sekcję chłodzenia wstępnego, powodując parowanie płynu roboczego wewnątrz rurki ciepła. Odparowany czynnik przedostaje się do górnej części rurki ciepła i skrapla się, przenosząc ciepło do sekcji ogrzewania wtórnego. Sekcję pierwszą nazywa się sekcją chłodzenia wstępnego, ponieważ część ciepła została odebrana z powietrza jeszcze przed właściwą chłodnicą. Następnie powietrze przepływa już przez właściwą chłodnicę o temperaturze powierzchni niższej od temperatury punktu rosy powietrza nawiewanego, gdzie zostaje wykroplona wilgoć. Uzyskane w ten sposób powietrze jest często za zimne aby nawiewać je do pomieszczeń, więc kierowane jest na sekcję ogrzewania wtórnego rurki ciepła, gdzie zostaje ogrzane do wymaganej temperatury za pomocą ciepła pobranego wcześniej w sekcji chłodzenia wstępnego. Schemat tego procesu przedstawiony jest na rysunku 4. Cały proces, czyli chłodzenie wstępne i późniejsze dogrzewanie odbywa się bez żadnych dodatkowych źródeł energii i zdolny jest usunąć 50÷100% więcej wilgoci niż standardowe systemy klimatyzacji. (…) Rurki ciepła stosowane jako pasywny system chłodzenia odciążający systemy klimatyzacyjne (…) Zalety stosowania rurek ciepła w systemach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych (…) Rurki ciepła jako elementy budowy kolektorów słonecznych (…) Wykorzystanie rurek ciepła do regulacji temperatury gruntu (…) Wykorzystanie rurek ciepła w systemach przeciwoblodzeniowych wiaduktów i mostów (…) Inne aplikacje rurek ciepła Rurki ciepła ze względu na swoją wysoką efektywność oraz możliwość stosowania w szerokim zakresie temperatur znalazły zastosowanie w wielu aplikacjach oraz gałęziach przemysłu. Oprócz aplikacji opisanych w poprzednich rozdziałach należą do nich:
Dowolność kształtu i wielkości oraz wysoka efektywność rurek ciepła przyczyniły się do wykorzystywania ich w systemach chłodniczych i grzewczych na całym świecie. Na uwagę zasługują:
LITERATURA [1] www.heatpipe.com [2] www.ocmodshop.com [3] OCHTERBECK J.M.: Heat Pipes. Heat Transfer Handbook. John Wiley & Sons, INC, 2003. [4] R. C. PRAGER, M. NIKITKIN, B. CULLIMORE: Heat Pipes. Spacecraft thermal control handbook. Aerospace Corporation 2002. [5] Myer KUTZ: Energy and Power. Mechanical Engineers’ Handbook Third Edition. John Wiley & Sons, INC, 2006. [6] David Anthony REAY, Peter A. KEW: „eat Pipes. Theory, Design and Application. Butterworth-Heinemann, 2006. [7] Materiały informacyjne firmy „Klimor”. [8] Sławomir RABCZAK: Odzysk ciepła, GWC, GPC. [9] www.viessmann.pl [10] www.heliosin.pl [11] www.alyeska-pipe.com [12] www.wikipedia.org [13] www.smartbridge.com |
POLECAMY WYDANIA SPECJALNE
-
Pompy ciepła 2023-2024
-
Pompy ciepła 2021-2022
-
Pompy ciepła 2022-2023
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2022
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2023
-
Pompy ciepła 2020-2021
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020
-
Pompy ciepła 2019-2020
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019