Reklama
Reklama
 
 
 
Reklama
Wybrane aplikacje rurek ciepła w klimatyzacji i inżynierii budowlanej
Ocena użytkowników: / 0
SłabyŚwietny 
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:
  • odseparowanie źródła i odbioru ciepła;
  • wyrównywanie temperatury;
  • przemiana strumienia ciepła;
  • regulacja i kontrola temperatury [6].

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.


Rys. 1. Zasada działania odzysku ciepła z powietrza usuwanego za pomocą rurki ciepła na przykładzie zimy [8]


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:
  • całkowity przepływ przez wymiennik, by-pass zamknięty, całkowity odzysk ciepła;
  • całkowity przepływ przez by-pass, w przypadku działania układu przeciwzamrożeniowego lub gdy odzysk ciepła nie występuje;
  • częściowy przepływ przez wymiennik i przez by-pass, w przypadku regulacji temperatury powietrza nawiewanego oraz w czasie odszraniania wymiennika [7].

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.


Rys. 2. Wymiennik do odzysku ciepła firmy Thermacore, (a) – schemat działania, (b) – wygląd rzeczywisty [6]


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.


Rys. 3. Wykorzystanie rurek ciepła do osuszania powietrza [1]

Rys. 4. Schemat wykorzystania rurki ciepła do osuszania powietrza [1]


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:
  • produkcja, montaż i magazynowanie komponentów elektronicznych;
  • produkcja i magazynowanie leków i substancji chemicznych;
  • produkcja i magazynowanie wyrobów cukierniczych;
  • sale operacyjne w szpitalach;
  • centrale telefoniczne i stacje przekaźnikowe;
  • silosy podziemne;
  • technologie kosmiczne.

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:
  • chłodzenie oleju w silnikach motocyklowych za pomocą prętowych rurek ciepła (Japonia);
  • panele ogrzewania podłogowego w łazienkach (Japonia);
  • pasywne chłodzenie wyposażenia stacji pogody (Kanada);
  • chłodzenie urządzeń do odwiertów (Rosja);
  • chłodzenie łopatek turbin gazowych (Czechy);
  • chłodzenie procesów półautomatycznego spawania (Rosja);
  • zapobieganie oblodzenia stawów rybnych i ozdobnych zbiorników wodnych (Rumunia);
  • podgrzewanie dużych przemysłowych zbiorników oleju (Rumunia);
  • chłodzenie łożysk w pompach wody (Wielka Brytania);
  • chłodzenie elektrod w akceleratorach cząstek (Wielka Brytania)[6].


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

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021

  • Pompy ciepła 2020-2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020

  • Pompy ciepła 2019-2020

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

  • Pompy ciepła 2018

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2018

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.