Rosnące wymagania ekonomiczne i coraz większa świadomość w zakresie ochrony środowiska wraz z ogólnie przyjętym trendem odzysku ciepła stawia przed projektantami coraz trudniejsze zadania. Są to zadania związane z optymalizacją energetyczną i kosztową projektowanych systemów chłodzenia, zapewniających utrzymanie odpowiedniego komfortu termicznego we wszelkiego rodzaju obiektach przemysłowych i komercyjnych.

Wymienniki ciepła w chłodnictwie
Wymienniki ciepła to jeden z istotnych elementów instalacji chłodniczych. Podczas procesu chłodzenia przekazują one energię parującego czynnika chłodniczego, natomiast w procesie ogrzewania źródłem energii jest kondensujący czynnik chłodniczy.

Rys. 1. Wymienniki ciepła typoszeregu R

W układach, w których mediami są czynniki chłodnicze, m.in. w pompach ciepła i agregatach chłodniczych, zastosowanie znajdują płytowe lutowane wymienniki ciepła SECESPOL typu R, dedykowane do pracy jako skraplacze lub parowniki. Wymienniki tego typu charakteryzują się konstrukcją o zwiększonej wytrzymałości oraz optymalizacją geometrii przetłoczenia płyt dedykowaną pod zastosowania chłodnicze. Dobór odpowiednich króćców umożliwia ich integrację z dowolną instalacją zasilaną czynnikiem chłodniczym.

Rozbudowany typoszereg wymienników ciepła SECESPOL charakteryzuje się szerokim spektrum zastosowań w wielu instalacjach grzewczych i klimatyzacyjnych, w obiektach mieszkalnych oraz komercyjnych, gdzie swoją funkcję spełniają specjalistyczne układy klimatyzacyjne (chillery/wytwornice wody lodowej), systemy przygotowania wody użytkowej (zasilane energią solarną lub kotłem), systemy chłodnicze oraz sprężarkowe pompy ciepła.

Sprężarkowe pompy ciepła
Istota działania pompy ciepła polega na zamianie energii cieplnej pobieranej ze środowiska naturalnego (dolne źródło ciepła) w energię użyteczną, służącą do ogrzewania i produkcji ciepłej wody użytkowej (górne źródło ciepła). Proces ten przebiega za pośrednictwem obiegu chłodniczego, w którym zachodzi proces sprężania i rozprężania czynnika roboczego. Parownik i skraplacz stanowiące, obok sprężarki i zaworu rozprężnego, główne elementy obiegu, utylizują wytworzoną energię w obiegach pośrednich. Stąd też praca sprężarkowej pompy ciepła może opierać się na wykorzystaniu zasobów energii naturalnej, której źródłem są: grunt, powietrze atmosferyczne, wody powierzchniowe lub podziemne.

Wymiennik ciepła z grupy R, typ RB60-40H-1" może posłużyć jako doskonały przykład zastosowania w gruntowej, sprężarkowej pompie ciepła. W urządzeniu o mocy 20 kW (zasilającym domek jednorodzinny) pełni rolę parownika, który odparowuje czynnik chłodniczy R32, przekazując tym samym wytworzoną energię do układu pośredniego (glikolowego, gruntowego). W tabeli 1. zestawiono istotne parametry do doboru optymalnego urządzenia. Dobór wymienionego urządzenia został przeprowadzony w dedykowanym programie doboru CAIRO.

Wymienniki lutowane typu R mogą pracować przy ciśnieniu 45 bar, temperaturze pracy do 150°C, dla pomp ciepła o mocach do 130 kW. W ofercie SECESPOL znajduje się osiem urządzeń o różnej wielkości, przeznaczonych dlatych właśnie aplikacji.

Układy odzysku ciepła
Odzysk ciepła z instalacji chłodniczych lub klimatyzacyjnych oznacza proces użytecznego wykorzystania ciepła odpadowego, które w przeciwnym wypadku zostałoby bezpowrotnie stracone. Za zastosowaniem systemów odzysku przemawia ograniczenie emisji gazów cieplarnianych do atmosfery oraz oszczędność finansowa i energetyczna. Przykładowo, ciepło odpadowe oddawane w skraplaczu może być wykorzystane na potrzeby instalacji niskotemperaturowych, na przykład ogrzewania podłogowego.

Wymienniki ciepła w systemach chłodniczych mogą być wykorzystywane także jako ekonomizery (dochładzacze regeneracyjne) mające za zadanie dochłodzenie czynnika chłodniczego, co w rezultacie pozwala na uzyskanie efektu sprężania dwustopniowego przy zastosowaniu pojedynczej sprężarki (rys. 2.). W przypadku układów ze zoptymalizowanym wtryskiem par (EVI), sprężarka musi posiadać konstrukcję umożliwiającą wtrysk pary, aby osiągnąć podwyższoną temperaturę zasilania. Efektem tego jest obniżenie zapotrzebowania na moc sprężarki, a tym samym kosztów eksploatacji instalacji.

Rys. 2. Układ ekonomizera. Przepływ czynnika chłodniczego jest dzielony po punkcie (b). Mniejszy przepływ (m1) odparowuje się pod ciśnieniem pośrednim w celu schłodzenia głównego przepływu (m2). Zimny gaz pośredni (f) wchodzi do sprężarki w specjalnym porcie ekonomizera

Jedną z możliwości poprawy pracy układów chłodniczych wymienników jest zastosowanie wymienników ciepła jako dochładzaczy. Dochłodzenie kondensatu przed jego rozprężeniem oraz doprowadzenie go do parownika umożliwia zwiększenie mocy chłodniczej oraz wydajności. Ciepło oddane do otoczenia w fazie dochłodzenia jest ponownie wprowadzane do obiegu chłodniczego jako praca użyteczna (darmowa z punktu widzenia zużycia energii). Dodatkową korzyścią dochłodzenia jest możliwość dopuszczenia spadków ciśnienia w przewodzie doprowadzającym czynnik chłodniczy ze skraplacza do zaworu rozprężnego bez tworzenia się oparów (rys. 3.).

Rys. 3. Schemat skraplacza i oddzielnego dochładzacza ze wspólnym wtórnym strumieniem cieczy

Systemy chłodnicze wyposażone w skraplacze chłodzone powietrzem wytwarzają energię odpadową poprzez zrzut energii kondensacji do otaczającego powietrza. Schładzacz pary przegrzanej w postaci lutowanego płytowego wymiennika ciepła umieszczony między sprężarką a skraplaczem umożliwia utylizację wysokotemperaturowej energii przegrzanego czynnika chłodniczego. Zastosowanie w układzie chłodniczym dodatkowego wymiennika zbudowanego z trzech stref (dochłodzenia, skraplania i odbioru ciepła przechłodzenia) umożliwia podgrzanie c.w.u. do wyższej temperatury niż byłoby to możliwe w typowym skraplaczu (rys. 4.).

Rys. 4. Schemat układu odzysku ciepła zapewniający ciepłą wodę użytkową

Agregaty wody lodowej (chillery)
Agregaty chłodnicze, tak zwane chillery, możemy podzielić ze względu na zastosowanie na klimatyzacyjne oraz procesowe. Pierwsze z nich służą do obniżania temperatury medium chłodzącego w instalacji – wody lub roztworu glikolu. Znajdują szerokie zastosowanie w systemach klimatyzacyjnych budynków biurowych, centrów handlowych, hoteli itp.

Natomiast agregaty procesowe projektowane są z myślą o wykorzystaniu w przemyśle do obsługi procesów produkcyjnych i przetwórczych oraz w supermarketach (witryny chłodnicze, zamrażarki, komory). Chillery takie znajdują zastosowanie również w przemyśle przetwórstwa tworzyw sztucznych (wtryskarki, wytłaczarki, ekstrudery), spożywczym (mleczarnie, piekarnie, przetwórstwo mięs, warzyw), chemicznym, farmaceutycznym, inżynierii mechanicznej (obrabiarki, prasy), papierniczym (drukarki, folie) itp. Woda lodowa stosowana jest również do chłodzenia zasilaczy i stacji energii elektrycznych, a w medycynie do chłodzenia specjalistycznych urządzeń (rezonans magnetyczny, laser).

Wymienniki ciepła typu R mogą służyć jako podzespoły agregatów wody lodowej. Wchodzą w skład elementów głównego obiegu chłodniczego, pracując w funkcji parownika i skraplacza w zakresie mocy agregatów do 400 kW, dla typowych parametrów i wydajności pracy agregatów wody lodowej.

Wymienniki lutowane typu L mogą pracować jako rozdzielacz wody lodowej i glikolu przy mocach rzędu 1000 kW (typ LE400 przy założeniu temperatur wody 14°C/8°C i glikolu 6°C/12°C) są konkurencyjne cenowo względem wymienników płytowych skręcanych.

Chłodnicze wymienniki ciepła typu R
Wymienniki R są wymiennikami płytowymi lutowanymi miedzią przeznaczonymi do pracy w instalacjach chłodniczych lub grzewczych. Optymalne ukształtowanie kanałów zapewnia skuteczne odparowanie lub skraplanie czynnika. Zastosowanie systemu dystrybucji czynnika RDS, w postaci rurki dystrybucyjnej, umożliwia sprawne odparowanie czynnika nie dopuszczając do jego przegrzania w bardziej oddalonych od króćców płytach i tym samym znacznie usprawnia proces wymiany ciepła.

Wymienniki ciepła typu R zostały szczególnie zaprojektowane do pracy z wydajnym i przyjaznym dla środowiska czynnikiem chłodniczym R290 (propan), ale dedykowane są również do pracy z takimi czynnikami jak R452B oraz 1234yf. Ponadto istnieje możliwość zastosowania czynników R134a, R32, R410A lub innych.

Wysoka wydajność i jakość wykonania wymienników SECESPOL idzie w parze ze zwartą kompaktową konstrukcją oraz małą objętością napełniania. Ciśnienie robocze do 45 bar (wersja RH) oraz
praca w zakresie temperatur od -195 do 150°C czyni je idealnymi do funkcjonowania w systemach chłodniczych. Dzięki specjalnej konstrukcji kanałów uzyskano burzliwy przepływ, który intensyfikuje wymianę ciepła, zmniejszając jednocześnie odkładanie się zanieczyszczeń.

Dla każdej wielkości wymiennika istnieje możliwość wybrania różnych wielkości i wariantów przyłączy, które zostały zestawione w tabeli 2. Oferta dodatkowo wzbogacona jest o wyposażenie opcjonalne, takie jak wsporniki i uchwyty transportowe wykonane ze stali nierdzewnej, dedykowaną izolację zimnochronną dla zakresów temperatury pracy –40÷110°C oraz system dystrybucji RDS zapewniający zrównoważoną dystrybucję czynnika wrzącego.

Płytowe wymienniki ciepła SECESPOL są dopuszczone do stosowania zgodnie z dyrektywą Unii Europejskiej dotyczącą urządzeń ciśnieniowych 2014/68/UE(PED) lub ASME Sec. VIII Div.1

Odpowiedni dobór wymiennika ciepła
Dobór odpowiedniego wymiennika ciepła odbywa się w sposób indywidualny, dostosowany do potrzeb klienta. Należy wziąć pod uwagę żądaną moc wyjściową, temperaturę obiegów oraz dopuszczalne straty ciśnienia. Praca wymiennika zależy między innymi od liczby płyt, geometrii ich przetłoczenia i przepływu strumieni. Aby ułatwić proces realizacji zamówień opracowany został specjalny program doboru CAIRO. Również współpraca z doradcami technicznymi SECESPOL ułatwi oraz przyspieszy proces wyboru wymiennika spełniającego Państwa oczekiwania.

Płytowe lutowane wymienniki ciepła SECESPOL stwarzają wiele możliwości aplikacyjnych w układach chłodniczych. Obecne tendencje środowiskowe kładą bardzo duży nacisk na odzysk energii chłodu oraz ciepła, szczególnie w przemyśle i aplikacjach komercyjnych. Zwiększa się tym samym udział wymienników ciepła w procesie optymalizacji strat energii, co wpływa korzystnie na ekonomiczne wyniki procesów i w efekcie na szybki zwrot z inwestycji.

mgr inż. Paweł DARSKI
– Kierownik Projektu,
SECESPOL Sp. z o.o.