Proč tepelný výměník rozhoduje o výkonu ohřívače vody
U plynového nebo kondenzačního ohřívače vody je tepelný výměník součástí, která přeměňuje energii uvolněnou spalováním na užitečné teplo ve vodním okruhu. Každý kilowatt dodaný do zásobování teplou užitkovou vodou prochází stěnou trubky, takže výběr materiálu určuje, jak rychle se teplo z plamene a spalin dostane do vody, kolik energie z paliva se rekuperuje a jak dlouho spotřebič vydrží. Inženýři často popisují výměník jako dýchací systém spotřebiče: musí efektivně přenášet energii, tolerovat prostředí spalin na vnější straně a chemické složení vody uvnitř a zůstat rozměrově stabilní po tisíce cyklů vytápění a chlazení. Bezešvá měděná trubka tyto požadavky zároveň splňuje, a proto zůstává referenčním materiálem pro vysoce kvalitní výměníky.
Tepelné a fyzikální vlastnosti, které upřednostňují měď
Tepelná vodivost je v této aplikaci rozhodující vlastností. Komerčně čistá měď vede teplo při teplotě přibližně 385 až 400 W/(m·K) při pokojové teplotě, zatímco austenitická nerezová ocel třídy 304 vede teplo při přibližně 16 W/(m·K). Protože rychlost přenosu tepla stěnou je úměrná vodivosti této stěny, dosahuje měď stejného výkonu s mnohem menší plochou povrchu, kratší spirálou a nižší výstupní teplotou spalin. Praktickým výsledkem je rychlejší dodávka teplé vody, vyšší tepelná účinnost a menší ztráta energie kouřovodem.
| Nemovitost při 20 stupních | Měděná trubka C12200 | Austenitická nerezová ocel 304 |
|---|---|---|
| Tepelná vodivost | přibližně . 390 W/(m·K) | přibližně . 16 W/(m·K) |
| Hustota | 8,94 g/cm³ | 7,90 g/cm³ |
| Měrná tepelná kapacita | 385 J/(kg·K) | 500 J/(kg·K) |
| Elektrická vodivost | přibližně . 100 % IACS | přibližně . 2 % IACS |
| Modul pružnosti | přibližně . 117 GPa | přibližně . 193 GPa |
Ve prospěch mědi působí i další vlastnosti. Jeho hustota je dostatečně nízká pro kompaktní a lehké cívky; je vysoce tažný, takže jej lze vtáhnout do tenkostěnné-trubice s vnitřními žebry nebo navinout na vnější žebra bez praskání; a je plně recyklovatelný bez ztráty vlastností, což podporuje cíle udržitelnosti moderních designů spotřebičů.
Korozní chování uvnitř okruhu a ve spalinové cestě
Koroze výměníku obvykle začíná ze dvou směrů. Na straně spalin mohou oxid siřičitý a oxidy dusíku ze spalování napadat povrch trubky. Historicky, když byl vyráběný plyn s vysokým obsahem síry běžný, byl tento útok vážný; se zemním plynem je nyní hlavní proud paliva, koncentrace oxidů síry a dusíku mnohem nižší a koroze-na straně spalin již není dominantním způsobem poruchy správně seřízených spotřebičů.
Na straně vody tvoří měď tenkou a přilnavou vrstvu oxidu, která chrání kov pod ní. Kov není zkorodován dezinfekcí na bázi chlóru- používanou při úpravě komunální vody a chová se lépe než nerezová ocel, když hladina chloridů stoupne nebo když voda zůstane v okruhu po dlouhou dobu stát. Měď má své limity: nesmí být vystavena čpavku nebo sloučeninám amonia a rychlost proudění a chemické složení vody musí zůstat uvnitř obalu definovaného platnou normou. Tam, kde je místní voda agresivní, by jakost trubky měla být přizpůsobena analýze vody, nikoli pouze podle ceny.
Třídy, normy a výroba měděných trubek výměníku tepla
Výměníky ohřívačů vody jsou obvykle vyrobeny z fosforem-deoxidované mědi, jako je C12200, z elektrolyticky houževnaté smolné mědi, jako je C11000, nebo ze slitiny mědi, kde je vyžadována vyšší pevnost nebo odolnost vůči mořské vodě. Příslušné specifikace zahrnují ASTM B111 pro bezešvou měď a trubku kondenzátoru a výměníku tepla, ASTM B280 pro klimatizační a chladicí trubku, ASTM B68 pro bezešvé měděné trubky, EN 12451 pro měděné trubky pro tepelné výměníky, JIS H3300 a GB/T 1527. V závislosti na konstrukci spotřebiče, která podporuje, může být trubka dodávána s turbulentním vnitřním průtokem, hladká nebo hladká vnější žebra, která zvětšují{10}}plochu na straně plynu.
Tloušťka stěny vyplývá z návrhového tlaku, přídavku na korozi a zvolené normy, nikoli ze samotného jmenovitého průměru.
Za studena tažená, vnitřně vylepšená trubice zlepšuje přenos tepla-na straně vody, aniž by zvětšovala spirálu.
Plně žíhané temperování se používá tam, kde musí být svitek po tvarování ohnut na malý poloměr.
Každá výrobní šarže by měla být vysledovatelná podle tepelného čísla a záznamů o zkouškách mechanických a vířivých proudů.
Výběrové a kontrolní body, které zabraňují poruchám v terénu
Většina poruch hlášených v terénu pochází spíše z chyb ve specifikaci než z vadného kovu. Při psaní specifikace výměníku tepla si zaslouží pozornost čtyři body:
Potvrďte analýzu vody, včetně chloridů, pH a tvrdosti, a přiřaďte stupeň k výsledku.
Mějte na paměti rosný bod spalin; kondenzační konstrukce potřebuje materiál, který toleruje kyselý kondenzát.
Ověřte rozměrovou toleranci a oválnost, protože špatné lícování na spoji sběrače vytváří cestu úniku, kterou nemůže kompenzovat žádná koroze.
Vyžadujte hydrostatické testování a testování vířivými proudy v nákupní specifikaci a zkontrolujte záznamy při příjmu zboží.
FAQ
Otázka: Proč je u výměníků tepla ohřívačů vody upřednostňována měď před nerezovou ocelí?
Měď vede teplo asi dvacetkrát rychleji, takže stejná energie prochází mnohem menším povrchem. Je také tažnější, snadněji se páje natvrdo a plně recyklovatelný.
Otázka: Znamená patina na staré mědi, že trubka koroduje?
Ne. Zelená-hnědá patina je stabilní oxidová a uhličitanová vrstva, která chrání kov pod ní. Není to známka ztráty stěny a nezkracuje životnost trubky.
Otázka: Které normy pokrývají trubku výměníku tepla ohřívače vody?
Nejčastěji citované jsou ASTM B111, ASTM B280 a ASTM B68 spolu s EN 12451, JIS H3300 a GB/T 1527. V objednávce by měl být uveden jak standard, tak i temper.
Otázka: Lze měděnou trubici používat s chlorovanou komunální vodou?
Ano. Měď není napadána koncentracemi chlóru používanými k dezinfekci vody a ve vodě bohaté na chloridy se chová lépe než nerezová ocel. Je třeba se vyhnout amoniaku a sloučeninám amonia.
Otázka: Jak by měla být zvolena tloušťka stěny?
Tloušťka stěny vyplývá z návrhového tlaku, přídavku na korozi a zvolené normy. Nemělo by se snižovat pouze za účelem snížení nákladů, protože stěna je jedinou bariérou mezi spalinami a pitnou vodou.
Otázka: Jak se testují trubky výměníku před dodáním?
Typickými požadavky jsou hydrostatické nebo pneumatické zkušební zkoušky, zkouška vířivými proudy, kontrola rozměrů a osvědčení o chemické analýze odlitku nebo šarže.
