Výmenník tepelného čerpadla

Typy výmenníkov tepla v tepelných čerpadlách:

Výmenníky tepla v tepelných čerpadlách sa líšia svojou konštrukciou, vhodnosťou  pre použité chladivo aj materiálom. V tepelných čerpadlách sa používajú:

Lamelové výmenníky

Lamelové výmenníky tepla sú špecifický typ výmenníka, ktorý sa často používa v aplikáciách, kde jedno z médií je vzduch. Pri tepelných čerpadlách sú súčasťou primárneho okruhu a majú funkciu výparníka. Ich konštrukcia je optimalizovaná pre efektívnu výmenu tepla medzi vzduchom a kvapalinou alebo medzi vzduchom a chladivom, čiže najčastejšie ich nájdeme pri tepelných čerpadlách typu vzduch – voda alebo vzduch - vzduch.

Lamelový výmenník tepla sa skladá z radu kovových plátov (lamiel), ktoré sú pevne pripevnené k trubiciam. V týchto trubiciach prúdi chladivo alebo iné kvapalné médium. Lamely zvyšujú povrchovú plochu výmenníka tepla, čo umožňuje efektívnejší prenos tepla medzi vzduchom prúdiacim okolo lamiel a chladivom v trubiciach. Materiál použitý na lamely a trubice zvyčajne zahŕňa hliník, meď alebo nerezovú oceľ a závisí od špecifických požiadaviek ako sú odolnosť voči korózii a tepelná vodivosť.

Princíp fungovania lamelových výmenníkov

V lamelovom výmenníku tepla prúdi vzduch cez lamely, zatiaľ čo chladivo prípadne iné kvapalné médium prúdi vnútri trubíc. Vďaka vysokému tepelnému rozdielu medzi médiami a zvýšenej povrchovej ploche, ktorú poskytujú lamely, dochádza k efektívnej výmene tepla. Lamely zároveň zabezpečujú, že vzduch je rovnomerne rozložený po celej ploche trubíc, čo maximalizuje účinnosť prenosu tepla.

Aké sú výhody lamelových výmenníkov?

• Hlavnou výhodou je vysoká efektivita prenosu tepla. Zvýšená povrchová plocha lamiel umožňuje efektívny prenos tepla medzi médiom v trubiciach a prúdiacim vzduchom.
• Ďalším bonusom je ich kompaktná konštrukcia. Oproti iným typom výmenníkov tepla ponúkajú lamelové výmenníky veľkú plochu pre výmenu tepla na relatívne malej ploche, čo šetrí priestor.
• Vzhľadom k ich flexibilite sú vhodné pre širokú škálu aplikácií od domácich tepelných čerpadiel až po priemyselné chladiace systémy.

Doskové výmenníky

Doskové výmenníky sú najbežnejším typom vďaka svojej kompaktnej veľkosti a vysokej účinnosti.  Skladajú sa z tenkých dosiek, ktoré sú pevne stlačené dohromady a medzi každou dvojicou dosiek preteká jedno z médií, čo umožňuje efektívny prenos tepla.

Sú vhodné pre aplikácie, kde je potrebná vysoká efektivita prenosu tepla v obmedzenom priestore. V systémoch tepelných čerpadiel sú používané hlavne v sekundárnych okruhoch pre výmenu tepla medzi chladivom a vodou. Tu umožňujú efektívny prenos tepla do vykurovacích systémov alebo zásobníkov teplej vody bez priameho kontaktu s chladivom. Tento typ výmenníka je najčastejším v kondenzátoroch tepelných čerpadiel vzduch – voda alebo voda – voda.

V niektorých tepelných čerpadlách slúžia na ohrev vody, buď priamo z primárneho okruhu alebo ako časť integrovaného systému pre ohrev vody, kde je potrebné zvýšiť teplotu vody na požadovanú úroveň. Môžu byť tiež využité na rekuperáciu tepla z odpadovej vody alebo z iných procesov v budove, čím zvyšujú celkovú efektivitu systému tepelného čerpadla

Princíp fungovania

Princíp fungovania doskových výmenníkov tepla v tepelných čerpadlách je založený na priamom prenose tepla medzi dvoma alebo viacerými médiami, ktoré prúdia blízko seba, ale sú fyzicky oddelené tenkými doskami, aby nedošlo k ich zmiešaniu.

Tieto dosky sú zvyčajne vyrobené z vysoko vodivých materiálov, ako je nerezová oceľ, a sú navrhnuté tak, aby poskytovali veľkú plochu pre výmenu tepla a zároveň zvyšovali turbulenciu prúdiacich médií, čím sa zvyšuje efektivita prenosu.

Výhody doskových výmenníkov

• Doskové výmenníky tepla ponúkajú vysokú tepelnú efektivitu vďaka svojej konštrukcii, ktorá umožňuje intenzívny prenos tepla medzi prúdiacimi médiami v tenkých kanáloch. Táto efektivita je výhodná v sekundárnych okruhoch, kde je cieľom maximalizovať prenos tepla z chladiva do systému vykurovania alebo ohrevu vody. 
• Ďalšou výhodou je ich kompaktnosť a možnosť úpravy kapacity pridaním alebo odobratím dosiek vrátane relatívne jednoduchej údržby.

Trubicové výmenníky tepla (Shell and tube)

Trubicové výmenníky tepla sa používajú v primárnych okruhoch tepelných čerpadiel, ktoré pracujú na princípe voda-voda alebo zem-voda. V týchto systémoch sú trubicové výmenníky tepla dôležité pre efektívny prenos tepla medzi zdrojom (voda alebo zem) a chladivom v tepelnom čerpadle.

Princíp fungovania a použitie trubicových výmenníkov tepla

Majú jedno alebo viacero zväzkov trubíc, ktorými prúdi jedno médium, zatiaľ čo druhé médium prúdi okolo trubíc vo väčšom plášti. Môžu mať rôzne konfigurácie vrátane priameho prúdenia, protiprúdu a krížového prúdu. V systémoch tepelných čerpadel voda-voda sa trubicové výmenníky tepla používajú na prenos tepla medzi zdrojom vody (napríklad podzemná voda) a chladivom v tepelnom čerpadle. Zdrojová voda prechádza vnútrom trubíc, zatiaľ čo chladivo obieha vo vonkajšom plášti alebo naopak, čo umožňuje efektívnu výmenu tepla

Pri tepelných čerpadlách zem-voda sa trubicové výmenníky často používajú na prenos tepla medzi zemou (cez zberače tepla zakopané v zemi) a chladivom v tepelnom čerpadle. Antifrizová zmes (Soľanka) alebo voda cirkuluje v trubicovom systéme pod zemou, kde absorbujú alebo uvoľňujú teplo, a potom prechádza trubicovým výmenníkom tepla, kde dochádza k výmene tepla s chladivom.

V niektorých prípadoch môžu byť trubicové výmenníky tepla použité aj v sekundárnych okruhoch tepelných čerpadiel pre dodatočný ohrev vody, napríklad v systémoch, kde je potrebný vysoký výkon ohrevu vody alebo kde existujú špecifické požiadavky na kvalitu vody.

Výhody trubicových výmenníkov

• Majú vysokú odolnosť a sú vhodné pre aplikácie, kde môže byť médium korozívne alebo kde sú vysoké požiadavky na tlak.
• Trubicové výmenníky umožňujú efektívnu výmenu tepla aj pri veľkých objemoch médií.

Špirálové výmenníky tepla  - princíp fungovania a výhody

Špirálové výmenníky tepelného čerpadla sa skladajú z dvoch dlhých kovových plechov navinutých okolo centrálneho jadra, vytvárajúc špirálu. Tieto plechy sú oddelené a utesnené tak, aby vytvorili dva oddelené kanály pre dve médiá, medzi ktorými dochádza k prenosu tepla.

Tento typ výmenníka tepla je navrhnutý tak, aby maximalizoval plochu pre výmenu tepla a zároveň zabezpečil vysokú efektivitu v kompaktnom dizajne. Špirálové výmenníky tepla sú obzvlášť vhodné pre aplikácie, kde je potrebný vysoký výkon výmeny tepla a kde môžu byť prítomné médiá so zvyškami alebo vyššou viskozitou.

V systémoch tepelných čerpadiel sa špirálové výmenníky tepla môžu používať na rôzne účely, napríklad ako výparníky, kde chladivo absorbuje teplo z vonkajšieho zdroja (napr. z odpadovej vody alebo z procesného tepla), alebo ako kondenzátory, kde chladivo uvoľňuje teplo do vykurovacieho systému alebo do systému pre prípravu teplej úžitkovej vody.

Výhody špirálových výmenníkov tepla

• Vzhľadom na svoju konštrukciu umožňujú špirálové výmenníky veľmi efektívny prenos tepla aj pri relatívne malom teplotnom rozdiele medzi médiami.
• Veľkou výhodou je aj ich odolnosť a kompaktná konštrukcia. Sú ideálne pre aplikácie tepelných čerpadiel hlavne v priemyselnej sfére s vysokým zaťažením alebo kde sú médiá náchylné na usadzovanie.