Ruch ciepła wymiennikach
Ruch ciepła wymiennikach
Istnieją trzy mechanizmy przenoszenia ciepła:
przewodzenie - ruch ciepła bez ruchu masy (np. przez ściankę wymiennika)
konwekcja - ruch ciepła z jednoczesnym ruchem masy (np. z płynu do ścianki wymiennika)
promieniowanie - ruch ciepła poprzez fale elektromagnetyczne. Ten mechanizm ma znaczenie jedynie w wysokich temperaturach8.
Przewodzenie
Osobny artykuł: Przewodzenie ciepła.
Ruch ciepła przez przewodzenie opisuje prawo Fouriera, które stwierdza, że ilość przepływającego ciepła jest wprost proporcjonalna do różnicy temperatur oraz współczynnika przewodzenia ciepła ? (charakterystycznego dla każdej substancji). Ruch ciepła przez przewodzenie wyraża równanie:
Q ˙ = ? ? d ? ? T \displaystyle \dot Q=\lambda \cdot d\cdot \Delta T \displaystyle \dot Q=\lambda \cdot d\cdot \Delta T
gdzie:
? ? współczynnik przewodzenia ciepła (kW/mK)
d ? odległość przenikania ciepła (m)
?T ? różnica temperatur (K).
Źródło: https://pl.wikipedia.org/wiki/Wymiennik_ciep%C5%82a
Ponieważ przenikanie ciepła poprzez konwekcję odbywa się
Konwekcja
Osobny artykuł: Konwekcja.
Ponieważ przenikanie ciepła poprzez konwekcję odbywa się z jednoczesnym ruchem masy, wpływ na dynamikę tego procesu ma jeszcze jedna zmienna - rodzaj ruchu płynu. W konsekwencji konwekcyjny ruch ciepła jest procesem trudniejszym do opisania i modelowania niż proces przewodzenia. W dodatku parametry płynów wykazują zwykle większą zmienność w zależności od temperatury i ciśnienia niż współczynnik przewodzenia ciepła w ciele stałym. Jest to ważne ponieważ w procesie projektowania wymienników to właśnie na ten rodzaj ruchu można wpływać zmieniając parametry przepływu. Ruch ciepła przez konwekcję opisuje ogólne równanie:
Q ˙ = ? ? A ? ? T \displaystyle \dot Q=\alpha \cdot A\cdot \Delta T \displaystyle \dot Q=\alpha \cdot A\cdot \Delta T
gdzie:
? ? współczynnik wnikania ciepła (kW/m2K)
A ? powierzchnia wymiany ciepła (m2)
?T ? różnica temperatur (K).
Do obliczenia współczynnika wnikania ? wykorzystuje się liczby podobieństwa ? Nusselta, Prandtla, Reynoldsaa oraz inne. W literaturze dostępne są wzory korelacyjne umożliwiające wyznaczenie tych liczb z dużą dokładnością.
Źródło: https://pl.wikipedia.org/wiki/Wymiennik_ciep%C5%82a
punktach grzewczych
Działanie zaworu z głowicą:
załączony/wyłączony ? odcina dopływ energii (np. ciepłej wody, prądu) w momencie wykrycia temperatury ?górnej? w ramach przyjętych widełek dokładności (zależnych od rodzaju grzejnika), a włącza dopływ energii po wykryciu temperatury ?dolnej?. Dla dobrej jakości elektrycznych grzejników konwekcyjnych widełki (czyli faktycznie wahania temperatury w pomieszczeniu) wynoszą 0,5° C,
płynna regulacja ? zmniejszenie przepływu energii (np. wody) do poziomu pozwalającego utrzymać żądaną temperaturę (głowica ogranicza lub zwiększa dopływ czynnika grzejnego w zależności od potrzeby),
przełączenie pracy grzejnika ? np. zmiana liczby elementów grzejnych (najczęściej stosowana w grzejnikach elektrycznych),
zabezpieczenie przeciw zamarzaniu ? przy głowicy termostatycznej ustawionej na pozycji oznaczonej gwiazdką dopływ energii jest całkowicie zamknięty; w razie spadku temperatury w pomieszczeniu poniżej 0 °C głowica otwiera zawór lub włącza grzejnik zapobiegając przemarzaniu pomieszczenia.
Innym przykładem regulacji lokalnej jest układ sterujący systemem grzewczym opartym na rozproszonych źródłach energii takich jak na przykład promienniki i nagrzewnice gazowe, gdzie na jednej hali kilka lub kilkadziesiąt urządzeń łączone działają w odniesieniu do kilku lub kilkunastu punktów pomiaru temperatury, dzięki czemu każde źródło energii, promiennik czy nagrzewnica, może bezpośrednio reagować na lokalne wahania temperatury.
Regulacja centralna
Regulacją centralną nazywane są mechanizmy pozwalające z jednego punktu domu wpłynąć na zmianę temperatury we wszystkich lub dowolnie wybranych punktach grzewczych poprzez:
oddziaływanie (zdalne sterowanie) urządzeniami do regulacji lokalnej ? rozwiązanie to stosowane jest w grzejnikach elektrycznych,
zmianę ilości dostarczanego ciepła do punktów grzewczych ? rozwiązanie stosowane w systemach centralnego ogrzewania, w wyniku:
zmniejszenia temperatury wody,
cyklicznego włączania i wyłączania dopływu energii (stosowane również w grzejnikach elektrycznych).
Źródło: https://pl.wikipedia.org/wiki/Ogrzewanie