Λύσεις — Κεφάλαιο 7: Εναλλαγή Θερμότητας-Εναλλάκτες (σελ. 345-349) – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΙΙ Γ΄ ΕΠΑΛ
Λύσεις — Κεφάλαιο 7: Εναλλαγή Θερμότητας-Εναλλάκτες
Λύσεις στις 25 Ερωτήσεις του κεφαλαίου 7, που καλύπτουν τις βασικές αρχές εναλλαγής θερμότητας (συντελεστές h και U, ρόλος πτερυγίων), τα τρία συστήματα ροής (ομορροή, αντιρροή, διασταυρούμενη ροή), τα πέντε είδη εναλλακτών θερμότητας που χρησιμοποιούνται στον κλιματισμό (πλακοειδείς υγρών, κελύφους-σωλήνων, πλακοειδείς αέρος, περιστροφικοί, στοιχεία/coils) με τα κριτήρια επιλογής τους ανά ρευστό, καθώς και τους εναλλάκτες εξοικονόμησης ενέργειας αέρος-αέρος (πλακοειδείς, περιστροφικούς και Run-Around Coils).
Πώς επιτυγχάνεται η εναλλαγή θερμότητας
Ερώτηση: Πώς επιτυγχάνεται η εναλλαγή θερμότητας; Τι υλικά συμφέρει να χρησιμοποιούνται για τις διαχωριστικές επιφάνειες και γιατί;
Απάντηση:
- §7-1. «Η εναλλαγή θερμότητας μεταξύ δύο ρευστών επιτυγχάνεται μέσω μίας στερεάς διαχωριστικής επιφάνειας... Για τη δημιουργία διαχωριστικών επιφανειών, χρησιμοποιούνται αποκλειστικά τα μέταλλα με μεγάλη θερμική αγωγιμότητα (συνήθως ο χαλκός και το αλουμίνιο, σπανιότερα ο χάλυβας). Το πάχος των διαχωριστικών επιφανειών είναι πολύ μικρό (συνήθως κάτω του 1 mm), ώστε να μη δημιουργείται από αυτό αντίσταση στη ροή της θερμότητας.»
Σύνοψη: Η εναλλαγή θερμότητας μεταξύ δύο ρευστών επιτυγχάνεται μέσω μιας στερεάς διαχωριστικής επιφάνειας που εμποδίζει την ανάμειξή τους (π.χ. το τοίχωμα ενός σωλήνα, με το ένα ρευστό εσωτερικά και το άλλο εξωτερικά). Συμφέρει να χρησιμοποιούνται μέταλλα με μεγάλη θερμική αγωγιμότητα — συνήθως χαλκός και αλουμίνιο, σπανιότερα χάλυβας — γιατί επιτρέπουν γρήγορη μεταφορά της θερμότητας από τη μία πλευρά στην άλλη. Επιπλέον, το πάχος της διαχωριστικής επιφάνειας πρέπει να είναι πολύ μικρό (συνήθως κάτω του 1 mm), ώστε να μη δημιουργεί πρόσθετη αντίσταση στη ροή της θερμότητας — έτσι και οι δύο πλευρές της επιφάνειας πρακτικά αποκτούν την ίδια ενδιάμεση θερμοκρασία t2.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Διαχωριστική επιφάνεια από μέταλλα μεγάλης θερμικής αγωγιμότητας (χαλκός, αλουμίνιο, σπάνια χάλυβας), πάχος <1mm για μηδενική αντίσταση στη ροή θερμότητας
Συντελεστής μεταφοράς θερμότητας h & ολικός συντελεστής U
Ερώτηση: Τι ονομάζουμε συντελεστή μεταφοράς θερμότητας και τι ολικό συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας;
Απάντηση:
- §7-2. «Ο συντελεστής h ονομάζεται συντελεστής μεταφοράς θερμότητας (heat transfer coefficient). Οι μονάδες του είναι σε W/m2K.» «Ο συντελεστής U είναι ο ολικός συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας, τον οποίο είδαμε και στο κεφάλαιο 3... 1/U = 1/h1 + 1/h2.»
Σύνοψη: Ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας h (heat transfer coefficient) εκφράζει την ένταση της εναλλαγής θερμότητας μεταξύ ενός ρευστού και μιας στερεάς επιφάνειας (q=hAΔt), μετριέται σε W/m²K και εξαρτάται από το είδος του ρευστού και την ταχύτητά του (όχι από την κατεύθυνση θέρμανσης/ψύξης). Ο ολικός συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας U εκφράζει την εναλλαγή θερμότητας μεταξύ δύο ρευστών που χωρίζονται από μια λεπτή στερεά επιφάνεια (q=UAΔt) — είναι ο ίδιος συντελεστής που χρησιμοποιείται και στον υπολογισμό θερμικών/ψυκτικών φορτίων (κεφ. 3) — και συνδέεται με τους επιμέρους συντελεστές h1, h2 των δύο πλευρών με τη σχέση 1/U = 1/h1 + 1/h2, όταν το πάχος της επιφάνειας είναι πολύ μικρό.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- h = συντελεστής μεταφοράς θερμότητας ρευστού-επιφάνειας (W/m²K)· U = ολικός συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας μεταξύ 2 ρευστών, με 1/U=1/h1+1/h2
Γιατί η ταχύτητα αυξάνει την εναλλασσόμενη θερμότητα
Ερώτηση: Γιατί όσο αυξάνεται η ταχύτητα του ρευστού αυξάνεται και η εναλλασσόμενη θερμότητα;
Απάντηση:
- §7-2. «Το κυριότερο χαρακτηριστικό του συντελεστή h είναι ότι η τιμή του είναι ανάλογη με την ταχύτητα του ρευστού. Όταν το ρευστό είναι στάσιμο... το h λαμβάνει πολύ χαμηλές τιμές. Όσο η ταχύτητα του ρευστού ανεβαίνει, με την πρόκληση βεβιασμένης κυκλοφορίας, τόσο το h λαμβάνει συνεχώς μεγαλύτερες τιμές.»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Επειδή ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας h είναι ανάλογος με την ταχύτητα του ρευστού: όσο πιο στάσιμο είναι το ρευστό τόσο χαμηλότερη τιμή έχει το h, ενώ όσο αυξάνεται η ταχύτητά του (βεβιασμένη κυκλοφορία) τόσο μεγαλύτερη τιμή παίρνει το h. Και επειδή η εναλλασσόμενη θερμότητα δίνεται από τις σχέσεις q=hAΔt (ή q=UAΔt), μια μεγαλύτερη τιμή του h, για την ίδια επιφάνεια Α και διαφορά θερμοκρασίας Δt, οδηγεί σε μεγαλύτερη εναλλασσόμενη θερμότητα q.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- h ανάλογο της ταχύτητας ρευστού → μεγαλύτερη ταχύτητα → μεγαλύτερο h → μεγαλύτερο q (αφού q=hAΔt)
Συμφέρει η υπερβολική αύξηση ταχύτητας;
Ερώτηση: Συμφέρει να αυξήσουμε πολύ την ταχύτητα των ρευστών που εναλλάσσουν τη θερμότητά τους για να βελτιώσουμε την απόδοση του εναλλάκτη;
Απάντηση:
- §7-3. «Θεωρητικά θα μας συνέφερε να έχουμε πολύ μεγάλες ταχύτητες των ρευστών... αλλά οι μεγάλες ταχύτητες δημιουργούν μεγάλες πτώσεις πίεσης. Γι' αυτό στους εναλλάκτες θερμότητας επιδιώκουμε οι τιμές της ταχύτητας των ρευστών να μην υπερβαίνουν κάποια όρια, ώστε να επιτυγχάνουμε ένα καλό συνδυασμό ικανοποιητικής απόδοσης και λογικής πτώσης πίεσης.»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Όχι χωρίς όριο. Θεωρητικά, μεγαλύτερη ταχύτητα σημαίνει μεγαλύτερο h και άρα καλύτερη απόδοση εναλλαγής θερμότητας, όμως οι μεγάλες ταχύτητες προκαλούν και μεγάλες πτώσεις πίεσης στη ροή των ρευστών (αυξημένη κατανάλωση ενέργειας άντλησης/ανεμιστήρα, θόρυβος, φθορά). Γι' αυτό στην πράξη επιδιώκεται οι ταχύτητες να παραμένουν εντός κάποιων ορίων, ώστε να επιτυγχάνεται καλός συνδυασμός ικανοποιητικής απόδοσης εναλλαγής θερμότητας και λογικής (αποδεκτής) πτώσης πίεσης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Όχι απεριόριστα: μεγάλη ταχύτητα → μεγάλη πτώση πίεσης· επιδιώκεται ισορροπία απόδοσης/πτώσης πίεσης εντός ορίων
Γιατί τα πτερύγια αυξάνουν την εναλλασσόμενη θερμότητα
Ερώτηση: Γιατί αυξάνεται η εναλλασσόμενη θερμότητα όταν υπάρχουν πτερύγια πάνω στις επιφάνειες εναλλαγής θερμότητας;
Απάντηση:
- §7-2. «Μετά όμως την προσθήκη του πτερυγίου... η διαθέσιμη επιφάνεια εναλλαγής θερμότητας Α αυξάνεται πάρα πολύ. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να αυξάνεται η εναλλασσόμενη ποσότητα θερμότητας... Ο λόγος (q2/q1) μας δείχνει πόσο αυξάνεται η εναλλασσόμενη θερμότητα εξαιτίας του πτερυγίου.»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Επειδή η εναλλασσόμενη θερμότητα δίνεται από τη σχέση q=hAΔt, όπου Α είναι η διαθέσιμη επιφάνεια εναλλαγής. Η προσθήκη πτερυγίων (κατασκευασμένων από υλικό μεγάλης θερμικής αγωγιμότητας) αυξάνει πάρα πολύ τη διαθέσιμη επιφάνεια Α γύρω από τον σωλήνα, χωρίς να αλλάζει σημαντικά το h ή το Δt. Έτσι, ο λόγος q2/q1 (θερμότητα με/χωρίς πτερύγιο) παίρνει μεγάλες τιμές — το βιβλίο αναφέρει ενδεικτικά q2/q1≈5 για συγκεκριμένη γεωμετρία πτερυγίων με αέρα σε ταχύτητα ~2,5 m/s.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Τα πτερύγια αυξάνουν πολύ την επιφάνεια εναλλαγής Α· αφού q=hAΔt, η αύξηση του Α αυξάνει αντίστοιχα το q (π.χ. q2/q1≈5 στο παράδειγμα του βιβλίου)
Πού συμφέρουν τα εξωτερικά πτερύγια
Ερώτηση: Με ποια ρευστά συμφέρει να χρησιμοποιούμε εξωτερικά πτερύγια και με ποια το όφελος είναι αμελητέο;
Απάντηση:
- §7-2. «...τα πτερύγια χρησιμοποιούνται μόνο στην πλευρά του αέρα ή του ψυκτικού υγρού, επειδή εκεί το h έχει χαμηλές τιμές... Αντίθετα, με το νερό ή τον υδρατμό τα πτερύγια δεν προσφέρουν σχεδόν τίποτε και γι' αυτό ουδέποτε χρησιμοποιούνται με αυτά.»
Σύνοψη: Τα εξωτερικά πτερύγια συμφέρουν στην πλευρά του αέρα ή του εξατμιζόμενου ψυκτικού υγρού, όπου ο συντελεστής h έχει χαμηλές τιμές (αέρια κατάσταση) — εκεί η αύξηση της επιφάνειας μέσω πτερυγίων αυξάνει σημαντικά την εναλλασσόμενη θερμότητα. Αντίθετα, με το νερό ή τον υδρατμό (που έχουν ήδη μεγάλο h) το όφελος από τα πτερύγια είναι αμελητέο, γι' αυτό δεν χρησιμοποιούνται ποτέ με αυτά τα ρευστά.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Πτερύγια συμφέρουν στην πλευρά αέρα/ψυκτικού υγρού (χαμηλό h) — αμελητέο όφελος με νερό/υδρατμό (ήδη μεγάλο h), δεν χρησιμοποιούνται ποτέ εκεί
Ομορροή, αντιρροή, διασταυρούμενη ροή
Ερώτηση: Τι ονομάζουμε ομορροή, αντιρροή και διασταυρούμενη ροή;
Απάντηση:
- §7-4. «Στην ομορροή (α) τα δύο ρευστά οδεύουν παράλληλα προς την ίδια κατεύθυνση. Στην αντιρροή (β) οδεύουν παράλληλα αλλά προς αντίθετες κατευθύνσεις. Στη διασταυρούμενη ροή (γ) τα δύο ρευστά οδεύουν σε κατευθύνσεις που σχηματίζουν γωνία 90° μεταξύ τους.»
Σύνοψη: Ομορροή (parallel flow): τα δύο ρευστά οδεύουν παράλληλα προς την ίδια κατεύθυνση. Αντιρροή (counterflow): τα δύο ρευστά οδεύουν παράλληλα αλλά προς αντίθετες κατευθύνσεις. Διασταυρούμενη ροή (crossflow): τα δύο ρευστά οδεύουν σε κατευθύνσεις που σχηματίζουν γωνία 90° μεταξύ τους. Ισχύει ότι qα (αντιρροή) > qδ (διασταυρούμενη ροή) > qο (ομορροή).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ομορροή = ίδια κατεύθυνση, Αντιρροή = αντίθετες κατευθύνσεις, Διασταυρούμενη ροή = κάθετες (90°) κατευθύνσεις
Είδος ροής στο σχήμα 7-9 (εναλλάκτες κελύφους-σωλήνων)
Ερώτηση: Στο σχήμα (7-9) διακρίνετε αν στους εναλλάκτες έχουμε ομορροή, αντιρροή ή διασταυρούμενη ροή. Αν έχουμε περισσότερα από ένα είδη ροής, σημειώστε σε ποιο τμήμα του εναλλάκτη έχουμε το κάθε είδος της ροής.
Απάντηση:
- §7-4. «Στην πράξη, σπάνια συναντάμε έναν εναλλάκτη που να λειτουργεί αποκλειστικά και μόνο με ένα από τα παραπάνω τρία συστήματα. Συνήθως η ροή μέσα σε έναν εναλλάκτη είναι συνδυασμός των παραπάνω. Π.χ. σε ένα τμήμα ενός εναλλάκτη μπορεί να έχουμε λειτουργία σε κατάσταση αντιρροής ενώ ένα άλλο τμήμα του να λειτουργεί σε κατάσταση ομορροής.»
- §7-7. Περιγραφή εναλλάκτη με σωλήνες U (μία διαδρομή, μία κεφαλή) και εναλλάκτη με ίσιους σωλήνες (μία ή περισσότερες διαδρομές, π.χ. 4 διαδρομές).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Χωρίς να έχουμε μπροστά μας το ίδιο το σχήμα (7-23), βάσει της θεωρίας του κεφαλαίου η γενική απάντηση είναι η εξής: στους εναλλάκτες κελύφους-σωλήνων, το ρευστό του κελύφους ρέει γύρω και κάθετα στη δέσμη των σωλήνων ανάμεσα στα διαφράγματα (baffles), δηλαδή τοπικά σε διασταυρούμενη ροή ως προς κάθε τμήμα σωλήνα. Ταυτόχρονα, η συνολική (μακροσκοπική) κατεύθυνση της ροής του κελύφους σε σχέση με τη ροή μέσα στους σωλήνες μπορεί να είναι αντιρροή σε ένα τμήμα του εναλλάκτη και ομορροή σε άλλο — ιδίως στην περίπτωση (Γ) με 4 διαδρομές σωλήνων, όπου κάποιες διαδρομές οδεύουν προς την ίδια κατεύθυνση με τη ροή του κελύφους (ομορροή) και άλλες προς την αντίθετη (αντιρροή). Στην περίπτωση (Α) με σωλήνες U (μία διαδρομή) η ροή είναι πιο απλή, κατά κύριο λόγο αντιρροή/ομορροή σε κάθε σκέλος του U. Αυτό επιβεβαιώνει ακριβώς όσα αναφέρει η θεωρία, ότι σπάνια ένας εναλλάκτης λειτουργεί αποκλειστικά με ένα από τα τρία συστήματα ροής, αλλά συνήθως έχουμε συνδυασμό τους σε διαφορετικά τμήματά του.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Τυπικά συνδυασμός: τοπικά διασταυρούμενη ροή γύρω από τη δέσμη σωλήνων (λόγω διαφραγμάτων) + αντιρροή/ομορροή ανά τμήμα/διαδρομή σωλήνων· πλήρης επιβεβαίωση χρειάζεται το ίδιο το σχήμα 7-9
Γιατί βεβιασμένη κυκλοφορία και στα δύο ρευστά
Ερώτηση: Αναφέρατε ένα βασικό λόγο για τον οποίο στον κλιματισμό και τα δύο ρευστά που εναλλάσσουν θερμότητα θα πρέπει να είναι σε βεβιασμένη κυκλοφορία.
Απάντηση:
- §7-4. «Στην ψύξη... η t2 αφορά το νερό... συνήθως t2=12-16°C ενώ η t1 είναι η θερμοκρασία του αέρα... t1=27-28°C. Κατά συνέπεια η διαφορά (t1-t2) είναι πολύ μικρή. Ως εκ τούτου, για να επιτευχθεί ικανοποιητική τιμή του q μέσω μίας σχετικά μικρής επιφάνειας εναλλαγής θερμότητας, απαιτούνται μεγάλες τιμές του συντελεστή h. Και οι μεγάλες τιμές του h προϋποθέτουν μεγάλη ταχύτητα στη ροή του ρευστού, δηλαδή βεβιασμένη κυκλοφορία.»
Σύνοψη: Στην ψύξη, η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο ρευστών (π.χ. ψυχρό νερό 12-16°C και αέρας χώρου 27-28°C) είναι πολύ μικρή. Για να επιτευχθεί ικανοποιητική εναλλασσόμενη θερμότητα q μέσω μιας σχετικά μικρής (πρακτικής) επιφάνειας εναλλαγής, απαιτούνται μεγάλες τιμές του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας h· και οι μεγάλες τιμές του h προϋποθέτουν μεγάλη ταχύτητα ροής, δηλαδή βεβιασμένη (όχι φυσική) κυκλοφορία και για τα δύο ρευστά.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Μικρή διαφορά θερμοκρασιών στην ψύξη → χρειάζεται μεγάλο h για ικανοποιητικό q μέσω μικρής επιφάνειας → μεγάλο h απαιτεί μεγάλη ταχύτητα → βεβιασμένη κυκλοφορία
Τα πέντε είδη εναλλακτών θερμότητας
Ερώτηση: Αναφέρατε τα πέντε είδη εναλλακτών θερμότητας που συνήθως συναντάμε στον κλιματισμό.
Απάντηση:
- §7-5. «(α) Ανάλογα με τον τρόπο κατασκευής τους: Πλακοειδείς εναλλάκτες υγρών, Εναλλάκτες κελύφους-σωλήνων (ή κυλινδρικοί εναλλάκτες), Πλακοειδείς εναλλάκτες αέρος, Περιστροφικοί εναλλάκτες, Στοιχεία (Coils).»
Σύνοψη: Τα πέντε είδη εναλλακτών θερμότητας, ανάλογα με τον τρόπο κατασκευής τους, είναι: (1) πλακοειδείς εναλλάκτες υγρών, (2) εναλλάκτες κελύφους-σωλήνων (κυλινδρικοί εναλλάκτες), (3) πλακοειδείς εναλλάκτες αέρος, (4) περιστροφικοί εναλλάκτες, και (5) στοιχεία (coils).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Πλακοειδείς υγρών, κελύφους-σωλήνων, πλακοειδείς αέρος, περιστροφικοί, στοιχεία (coils)
Εναλλαγή αέρος-υγρού: ποιος εναλλάκτης
Ερώτηση: Θέλετε να κάνετε εναλλαγή θερμότητας που το ένα ρευστό να είναι ο αέρας και το άλλο να είναι σε υγρή μορφή. Ποιο ή ποια είδη εναλλακτών μπορείτε να χρησιμοποιήσετε;
Απάντηση:
- §7-5, Πίνακας 7-1/7-2. «Στοιχεία: Αέρος-νερού, Αέρος-ψυκτικού υγρού, Αέρος-υδρατμού, Αέρος-αέρος (με δύο στοιχεία).» «...αν π.χ. έχουμε να κάνουμε εναλλαγή αέρος-νερού, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μόνο στοιχεία.»
Σύνοψη: Το μόνο κατάλληλο είδος εναλλάκτη είναι τα στοιχεία (coils). Σύμφωνα με τον πίνακα 7-1/7-2 του βιβλίου, όποτε το ένα από τα δύο ρευστά είναι ο αέρας και το άλλο σε υγρή μορφή (νερό, ψυκτικό υγρό ή υδρατμός), ο μόνος κατάλληλος τύπος εναλλάκτη είναι τα στοιχεία — κανένας άλλος τύπος (πλακοειδής υγρών, κελύφους-σωλήνων, πλακοειδής αέρος, περιστροφικός) δεν είναι κατάλληλος για αυτόν τον συνδυασμό ρευστών.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Μόνο στοιχεία (coils) — μοναδικός κατάλληλος εναλλάκτης για αέρος-υγρού
Αναγνώριση στοιχείου στο σχήμα 7-23
Ερώτηση: Στο σχήμα (7-23) βλέπετε ένα εναλλάκτη στοιχείου. Προσδιορίσατε αν πρόκειται για εναλλάκτη αέρος-νερού ή για συμπυκνωτή ή για εξατμιστή. Τι είναι αυτό που σας οδήγησε σ' αυτό το συμπέρασμα;
Απάντηση:
- §7-8. «Όταν το στοιχείο είναι συμπυκνωτής (για ψυκτικά ρευστά) οι συλλέκτες είναι χάλκινοι και έχουν διαφορετικές διαμέτρους... Όταν το στοιχείο είναι εξατμιστής, έχει στην είσοδο του ψυκτικού ρεύματος το διανομέα... Στο νερό συνήθως οι συλλέκτες είναι χαλύβδινοι και είναι και οι δύο της ιδίας διαμέτρου.»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Χωρίς το ίδιο το σχήμα (7-23) δεν μπορεί να δοθεί οριστική απάντηση, αλλά η μέθοδος προσδιορισμού που δίνει η θεωρία (§7-8) είναι σαφής: εξετάζουμε την κατασκευή των συλλεκτών (headers) του στοιχείου. Αν οι συλλέκτες είναι χαλύβδινοι και ίδιας διαμέτρου και στις δύο πλευρές → πρόκειται για στοιχείο αέρος-νερού. Αν οι συλλέκτες είναι χάλκινοι με διαφορετικές διαμέτρους (η πλευρά του υγρού έχει τη μικρότερη διάμετρο) → πρόκειται για συμπυκνωτή. Αν υπάρχει διανομέας (distributor) στην είσοδο του ψυκτικού ρευστού για ομοιόμορφη κατανομή στα κυκλώματα, καθώς και σημείο αποχέτευσης συμπυκνωμάτων → πρόκειται για εξατμιστή. Η οριστική απάντηση απαιτεί να δούμε ποιο από αυτά τα χαρακτηριστικά (υλικό/διάμετρος συλλεκτών, ύπαρξη διανομέα ή σημείου αποχέτευσης) εμφανίζεται στο συγκεκριμένο σχήμα.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήρια αναγνώρισης: χαλύβδινοι συλλέκτες ίδιας διαμέτρου → αέρος-νερού· χάλκινοι συλλέκτες διαφορετικής διαμέτρου → συμπυκνωτής· διανομέας+αποχέτευση → εξατμιστής (χρειάζεται το σχήμα για οριστική απάντηση)
Εναλλαγή υγρού-υγρού: ποιοι εναλλάκτες
Ερώτηση: Θέλετε να κάνετε εναλλαγή θερμότητας κατά την οποία και τα δύο ρευστά είναι σε υγρή μορφή. Ποιους εναλλάκτες μπορείτε να χρησιμοποιήσετε;
Απάντηση:
- §7-5, Πίνακας 7-1/7-2. «Πλακοειδείς υγρών: Νερού-νερού, Νερού-ψυκτικού υγρού, Νερού-υδρατμού (υπό προϋποθέσεις). Κελύφους-σωλήνων: Νερού-νερού, Νερού-ψυκτικού υγρού, Νερού-υδρατμού.»
Σύνοψη: Όταν και τα δύο ρευστά είναι σε υγρή μορφή (π.χ. νερό-νερό, νερό-ψυκτικό υγρό, νερό-υδρατμός), μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι πλακοειδείς εναλλάκτες υγρών ή οι εναλλάκτες κελύφους-σωλήνων (κυλινδρικοί). Και οι δύο τύποι καλύπτουν όλους αυτούς τους συνδυασμούς ρευστών, με τη διαφορά ότι οι πλακοειδείς είναι κατάλληλοι για νερού-υδρατμού μόνο υπό προϋποθέσεις, ενώ οι κελύφους-σωλήνων καλύπτουν και αυτόν τον συνδυασμό χωρίς περιορισμούς.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Πλακοειδείς εναλλάκτες υγρών ή εναλλάκτες κελύφους-σωλήνων (και οι δύο καλύπτουν νερού-νερού/νερού-ψυκτικού/νερού-υδρατμού)
Σύγκριση πλακοειδών με κελύφους-σωλήνων
Ερώτηση: Συγκρίνετε τους πλακοειδείς εναλλάκτες με τους εναλλάκτες κελύφους-σωλήνων. Πότε μας συμφέρει να χρησιμοποιούμε πλακοειδείς εναλλάκτες και πότε κελύφους-σωλήνων;
Απάντηση:
- §7-6/7-7. «Σημαντικό πλεονέκτημα των πλακοειδών εναλλακτών είναι ότι έχουν χαμηλό κόστος... έχουν το πλεονέκτημα πολύ υψηλών αποδόσεων σε μικρό σχετικά όγκο. Όμως... έχουν σαν αποτέλεσμα να παρουσιάζουν μεγάλη πτώση πίεσης... καθαρίζονται σχετικά δύσκολα.» «Οι κυλινδρικοί εναλλάκτες είναι πολύ πιο ογκώδεις... Καθαρίζονται όμως πολύ πιο εύκολα και δεν είναι απαραίτητη η παρεμβολή φίλτρων νερού... Το μεγαλύτερο μειονέκτημα των κυλινδρικών εναλλακτών... είναι ότι έχουν σημαντικά μεγαλύτερο κόστος... Είναι όμως πολύ πιο αξιόπιστος και μεγαλύτερης αντοχής. Επίσης παρουσιάζει μικρότερες πτώσεις πίεσης.»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι πλακοειδείς εναλλάκτες έχουν χαμηλότερο κόστος, μικρό όγκο και πολύ υψηλές αποδόσεις, αλλά παρουσιάζουν μεγάλη πτώση πίεσης και καθαρίζονται δύσκολα, οπότε χρειάζονται σχετικά καθαρά ρευστά (ή φίλτρα που όμως βουλώνουν εύκολα με βρώμικο νερό, π.χ. πύργου ψύξης). Οι εναλλάκτες κελύφους-σωλήνων είναι πιο ογκώδεις και σημαντικά ακριβότεροι, όμως καθαρίζονται πολύ πιο εύκολα (αφαίρεση καθρεπτών, βούρτσα, χημικός καθαρισμός) χωρίς ανάγκη φίλτρων, είναι πιο αξιόπιστοι, ανθεκτικότεροι και έχουν μικρότερες πτώσεις πίεσης. Συμφέρει να επιλέγουμε πλακοειδείς όταν προέχει το χαμηλό κόστος, ο περιορισμένος χώρος και τα ρευστά είναι σχετικά καθαρά ή απαιτούνται ανοξείδωτες επιφάνειες· συμφέρει να επιλέγουμε κελύφους-σωλήνων όταν προέχουν η αξιοπιστία, η αντοχή σε ρύπανση/βρώμικο νερό (π.χ. πύργων ψύξης) και η ευκολία καθαρισμού/συντήρησης, παρά το υψηλότερο κόστος και όγκο.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Πλακοειδείς: φθηνότεροι/συμπαγείς/υψηλή απόδοση αλλά μεγάλη πτώση πίεσης & δύσκολος καθαρισμός → προτιμώνται με καθαρά ρευστά/περιορισμένο χώρο. Κελύφους-σωλήνων: ακριβότεροι/ογκωδέστεροι αλλά εύκολος καθαρισμός, αντοχή, μικρή πτώση πίεσης → προτιμώνται με βρώμικο νερό/απαίτηση αξιοπιστίας
Αναγνώριση στοιχείου στο σχήμα 7-24
Ερώτηση: Στο σχήμα (7-24) βλέπετε έναν εναλλάκτη στοιχείου. Προσδιορίσατε αν πρόκειται για εναλλάκτη αέρος-νερού ή για συμπυκνωτή ή για εξατμιστή. Τι είναι αυτό που σας οδήγησε σ' αυτό το συμπέρασμα;
Απάντηση:
- §7-8. «Όταν το στοιχείο είναι συμπυκνωτής (για ψυκτικά ρευστά) οι συλλέκτες είναι χάλκινοι και έχουν διαφορετικές διαμέτρους... Όταν το στοιχείο είναι εξατμιστής, έχει στην είσοδο του ψυκτικού ρεύματος το διανομέα... Στο νερό συνήθως οι συλλέκτες είναι χαλύβδινοι και είναι και οι δύο της ιδίας διαμέτρου.» «...ο εξατμιστής δημιουργεί συμπυκνώματα νερού και γι' αυτό θα πρέπει να είναι εφοδιασμένος με σημείο αποχέτευσης.»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Όπως και στην αντίστοιχη ερώτηση 12, χωρίς το ίδιο το σχήμα (7-24) η οριστική απάντηση απαιτεί οπτική επιβεβαίωση, αλλά η μεθοδολογία του βιβλίου (§7-8) είναι σαφής: εξετάζουμε τους συλλέκτες (υλικό/διάμετρος) και την ύπαρξη διανομέα ή σημείου αποχέτευσης. Χαλύβδινοι συλλέκτες ίδιας διαμέτρου → στοιχείο αέρος-νερού. Χάλκινοι συλλέκτες διαφορετικής διαμέτρου (μικρότερη στην πλευρά του υγρού) και απουσία διανομέα → συμπυκνωτής. Παρουσία διανομέα στην είσοδο του ψυκτικού ρευστού ή/και σημείου αποχέτευσης συμπυκνωμάτων (ακόμη κι αν οι συλλέκτες δεν είναι ορατοί, γιατί είναι κλεισμένοι σε κέλυφος) → εξατμιστής.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ίδια κριτήρια με Ερ.12: υλικό/διάμετρος συλλεκτών + ύπαρξη διανομέα/σημείου αποχέτευσης προσδιορίζουν αέρος-νερού/συμπυκνωτή/εξατμιστή — χρειάζεται το σχήμα για οριστική απάντηση
Εναλλαγή αέρος-αέρος: ποιοι εναλλάκτες
Ερώτηση: Θέλετε να κάνετε εναλλαγή θερμότητας μεταξύ δύο ρευμάτων αέρα. Ποιους εναλλάκτες μπορείτε να χρησιμοποιήσετε;
Απάντηση:
- §7-5, Πίνακας 7-2. «Αέρος-αέρος: Πλακοειδής αέρος, Περιστροφικός, Με συνδυασμό 2 στοιχείων.»
Σύνοψη: Για εναλλαγή θερμότητας μεταξύ δύο ρευμάτων αέρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν: ο πλακοειδής εναλλάκτης αέρος, ο περιστροφικός εναλλάκτης, ή ένας συνδυασμός δύο στοιχείων (σύστημα Run-Around Coils), όταν τα δύο ρεύματα αέρα δεν μπορούν να έρθουν αρκετά κοντά μεταξύ τους ώστε να χρησιμοποιηθεί απευθείας πλακοειδής ή περιστροφικός εναλλάκτης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Πλακοειδής εναλλάκτης αέρος, περιστροφικός εναλλάκτης, ή συνδυασμός 2 στοιχείων (Run-Around Coils)
Επιλογή ψύκτη νερού: πλακοειδής, U-tube ή ίσιοι σωλήνες
Ερώτηση: Ζητάτε να αντικαταστήσετε ένα παλαιό υδρόψυκτο ψύκτη νερού που ο συμπυκνωτής του ψύχεται με νερό προερχόμενο από πύργους ψύξης. Έστω ότι πήρατε τρεις προσφορές: η πρώτη οικονομικά συμφέρουσα με πλακοειδείς εναλλάκτες, η δεύτερη ακριβή με κυλινδρικούς εναλλάκτες τύπου U και η τρίτη ακόμη ακριβότερη με κυλινδρικούς εναλλάκτες με ευθείς σωλήνες. Αν σας ενδιαφέρει το χαμηλό κόστος σε συνδυασμό με καλή λειτουργία, ποιον θα διαλέγατε; Αν σας ενδιαφέρει και η ευκολία/ευελιξία συντήρησης, ποιο θα διαλέγατε; Ποιον θα πρέπει να αποφύγετε;
Απάντηση:
- §7-6. «...Όταν οι πλακοειδείς εναλλάκτες πρόκειται να λειτουργήσουν με νερό σχετικά βρώμικο, όπως είναι το νερό που προέρχεται από πύργους ψύξης, συνιστάται η παρεμβολή φίλτρων νερού... Τα φίλτρα δημιουργούν όμως προβλήματα... επειδή βουλώνουν πολύ εύκολα... Το αποτέλεσμα είναι να απαιτείται συχνός καθαρισμός τους.»
- §7-7. «...Το κύκλωμα εσωτερικά των σωλήνων... Οι καθρέπτες των συλλεκτών αφαιρούνται και με μία μακριά βούρτσα οι σωλήνες καθαρίζονται. Επίσης καθαρίζονται από τα άλατα με χημικό καθαρισμό... Όλα τα υδρόψυκτα συγκροτήματα χρησιμοποιούν αυτό το κύκλωμα για το νερό του πύργου ψύξης.» «Υπάρχουν και οι εναλλάκτες με ίσιους σωλήνες που έχουν καθρέπτες και στις δύο μεριές. Έχουν σημαντικά μεγαλύτερο κόστος, συντηρούνται όμως και επισκευάζονται πιο εύκολα.»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Δεδομένου ότι το νερό πύργου ψύξης είναι σχετικά βρώμικο, ένας πλακοειδής εναλλάκτης θα χρειαζόταν φίλτρα νερού που βουλώνουν εύκολα και απαιτούν συχνό καθαρισμό, δημιουργώντας προβλήματα λειτουργίας — μειονέκτημα που αναιρεί μέρος του πλεονεκτήματος του χαμηλού κόστους του. Αν το κριτήριο είναι ο συνδυασμός χαμηλού κόστους με καλή λειτουργία, θα διάλεγα τον ψύκτη με κυλινδρικούς εναλλάκτες τύπου U: δεν χρειάζεται φίλτρα νερού (το βρώμικο νερό ρέει εσωτερικά των σωλήνων και καθαρίζεται εύκολα με βούρτσα/χημικό καθαρισμό μετά την αφαίρεση του καθρέπτη), με μετρίως αυξημένο κόστος σε σχέση με τον πλακοειδή. Αν προέχει η ευκολία και ευελιξία συντήρησης, θα διάλεγα τον ψύκτη με κυλινδρικούς εναλλάκτες ευθέων σωλήνων, που έχουν καθρέπτες και στις δύο άκρες και συντηρούνται/επισκευάζονται ακόμη πιο εύκολα (αν και με το υψηλότερο κόστος). Τον ψύκτη με πλακοειδείς εναλλάκτες θα τον απέφευγα για αυτή τη συγκεκριμένη εφαρμογή, λόγω των συχνών προβλημάτων βουλώματος φίλτρων και ανάγκης συχνού καθαρισμού με το βρώμικο νερό πύργου ψύξης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Χαμηλό κόστος+καλή λειτουργία → κυλινδρικός τύπου U (καθαρίζεται εύκολα, χωρίς φίλτρα)· ευκολία/ευελιξία συντήρησης → κυλινδρικός ευθέων σωλήνων· αποφυγή → πλακοειδής (φίλτρα βουλώνουν εύκολα με νερό πύργου ψύξης)
Πλακοειδείς εναλλάκτες με υδρατμό
Ερώτηση: Γιατί στην εναλλαγή θερμότητας μεταξύ νερού και υδρατμού χρησιμοποιούνται σχετικά σπάνια οι πλακοειδείς εναλλάκτες; Τι πλεονέκτημα παρουσιάζουν σ' αυτή την περίπτωση οι εναλλάκτες κελύφους-σωλήνων; Κάτω από ποιες προϋποθέσεις νομίζετε μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι πλακοειδείς;
Απάντηση:
- §7-6. «Συνήθως δεν έχουν μεγάλη αντοχή σε υψηλές πιέσεις, γι' αυτό σχετικά σπάνια χρησιμοποιούνται με υδρατμό.»
- §7-5, Πίνακας 7-1. «Πλακοειδείς υγρών: ...Νερού-υδρατμού (υπό προϋποθέσεις).» «Κελύφους-σωλήνων: ...Νερού-υδρατμού.»
- §7-7. «Πρωτίστως θα πρέπει να θεωρούνται δοχεία υψηλής πίεσης και κατά δεύτερο λόγο εναλλάκτες.»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι πλακοειδείς εναλλάκτες χρησιμοποιούνται σχετικά σπάνια με υδρατμό γιατί συνήθως δεν έχουν μεγάλη αντοχή σε υψηλές πιέσεις (ιδίως οι λυόμενοι τύποι), ενώ ο υδρατμός συχνά κυκλοφορεί υπό σημαντική πίεση. Οι εναλλάκτες κελύφους-σωλήνων, αντίθετα, πρωτίστως σχεδιάζονται και κατασκευάζονται ως δοχεία υψηλής πίεσης και κατά δεύτερο λόγο ως εναλλάκτες, άρα μπορούν να αντέξουν με ασφάλεια τις πιέσεις λειτουργίας του υδρατμού — αυτό είναι το πλεονέκτημά τους σε αυτή την περίπτωση. Οι πλακοειδείς μπορούν να χρησιμοποιηθούν με υδρατμό μόνο υπό προϋποθέσεις, δηλαδή όταν η πίεση λειτουργίας του συστήματος ατμού είναι εντός των (περιορισμένων) ορίων αντοχής πίεσης του συγκεκριμένου μοντέλου πλακοειδούς εναλλάκτη — τυπικά σε εφαρμογές χαμηλής πίεσης ατμού.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Πλακοειδείς: μικρή αντοχή σε πίεση → σπάνιοι με υδρατμό. Κελύφους-σωλήνων: είναι πρωτίστως δοχεία πίεσης → αντέχουν τις πιέσεις ατμού. Πλακοειδείς μόνο όταν η πίεση ατμού είναι εντός των ορίων αντοχής του μοντέλου (χαμηλή πίεση)
Πρώτη ενέργεια σε βλάβη ανάμιξης νερού-ψυκτικού
Ερώτηση: Αν σε έναν ψύκτη νερού διαπιστώσετε βλάβη στον πλακοειδή εναλλάκτη νερού ή στον εναλλάκτη κελύφους-σωλήνων (ανάλογα με το τι εναλλάκτης διαθέτει), με αποτέλεσμα να αναμειγνύονται τα κυκλώματα του νερού και του ψυκτικού υγρού, ποια θα πρέπει να είναι η πρώτη σας ενέργεια για την αποφυγή τυχόν καταστροφής του ψύκτη νερού;
Απάντηση:
- Δεν περιγράφεται ρητά στο εξεταζόμενο κεφάλαιο — τεκμηριωμένη μηχανολογική συλλογιστική με βάση τη λειτουργία του ψύκτη νερού και τους κινδύνους ανάμειξης νερού-ψυκτικού που περιγράφονται γενικά στο κεφάλαιο (§7-6/7-7).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Η πρώτη και άμεση ενέργεια πρέπει να είναι η διακοπή λειτουργίας του συγκροτήματος (σταμάτημα του συμπιεστή) και η απομόνωση των δύο κυκλωμάτων, ώστε να σταματήσει αμέσως η περαιτέρω ανάμειξη νερού και ψυκτικού υγρού. Πρακτικά αυτό σημαίνει: σβήσιμο/απενεργοποίηση του ψύκτη, κλείσιμο των βανών απομόνωσης (π.χ. στη γραμμή υγρού και αναρρόφησης) ώστε να περιοριστεί το ψυκτικό φορτίο στο τμήμα με τη βλάβη, και κλείσιμο/απομόνωση της παροχής νερού προς τον εναλλάκτη. Ο λόγος είναι διπλός: αφενός να αποφευχθεί η είσοδος νερού/υγρασίας στο υπόλοιπο ψυκτικό κύκλωμα (κίνδυνος σχηματισμού οξέων με τα λάδια/ψυκτικό, διάβρωσης, «παγώματος» στη βαλβίδα εκτόνωσης, ή υγρής επιστροφής/«πλημμύρας» στο συμπιεστή), αφετέρου να αποφευχθεί απώλεια του ψυκτικού φορτίου στο δίκτυο νερού. Μετά την απομόνωση, ακολουθεί ανάκτηση του ψυκτικού υγρού, εκκένωση/ξήρανση του κυκλώματος και επισκευή ή αντικατάσταση του εναλλάκτη πριν την επανεκκίνηση.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Άμεση διακοπή λειτουργίας/απομόνωση των δύο κυκλωμάτων (κλείσιμο βανών) για αποτροπή είσοδου υγρασίας στο ψυκτικό κύκλωμα και απώλειας ψυκτικού φορτίου, πριν την επισκευή
Προσωρινή αποκατάσταση βλάβης σε εναλλάκτη κελύφους-σωλήνων
Ερώτηση: Στην παραπάνω βλάβη, αν ο εναλλάκτης είναι κελύφους-σωλήνων, πιστεύετε ότι μπορείτε να κάνετε κάτι για την προσωρινή αποκατάσταση της βλάβης;
Απάντηση:
- §7-7. Η κατασκευή του εναλλάκτη κελύφους-σωλήνων περιλαμβάνει πολλούς ξεχωριστούς σωλήνες μέσα σε ενιαίο κέλυφος, με αφαιρούμενους καθρέπτες στα άκρα («Οι καθρέπτες των συλλεκτών αφαιρούνται...»).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ναι. Επειδή ο εναλλάκτης κελύφους-σωλήνων αποτελείται από πολλούς ανεξάρτητους σωλήνες, μπορούμε να εντοπίσουμε τον συγκεκριμένο σωλήνα που έχει τρύπα/βλάβη (π.χ. με δοκιμή πίεσης/υπερχείλισης ή έλεγχο διαρροής ανά σωλήνα) και στη συνέχεια, αφού αφαιρέσουμε τον καθρέπτη (κεφαλή), να «τυφλώσουμε» (φράξουμε) τα δύο άκρα αυτού του σωλήνα με ειδικές τάπες/πώματα. Έτσι ο συγκεκριμένος σωλήνας απομονώνεται πλήρως από τη ροή και των δύο ρευστών, ενώ ο εναλλάκτης μπορεί να συνεχίσει να λειτουργεί προσωρινά με τους υπόλοιπους σωλήνες — με ελαφρώς μειωμένη επιφάνεια εναλλαγής θερμότητας/απόδοση, μέχρι να προγραμματιστεί η οριστική επισκευή ή αντικατάσταση του σωλήνα.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ναι: εντοπισμός του χαλασμένου σωλήνα και «τύφλωσή» του (πώματα και στα δύο άκρα) — προσωρινή λειτουργία με τους υπόλοιπους σωλήνες, μικρή μείωση απόδοσης
Σύγκριση πλακοειδούς αέρος με περιστροφικό εναλλάκτη
Ερώτηση: Συγκρίνατε τον πλακοειδή εναλλάκτη αέρος με τον περιστροφικό εναλλάκτη.
Απάντηση:
- §7-9/7-10. «Η τυπική απόδοσή τους, όταν είναι καινούριοι είναι 55-85%.» «Το μεγάλο πλεονέκτημά τους είναι ότι δεν έχουν λειτουργικά μέρη... που δεν ανοίγεται και που σχεδόν δεν χρειάζεται συντήρηση.» «Το μοναδικό μειονέκτημά τους είναι ότι δεν εναλλάσσουν και υγρασία παρά μόνο θερμότητα.» «Ο τυπικός βαθμός απόδοσής τους είναι η=55-85%... Έχουν όμως το μειονέκτημα ότι χρειάζονται σοβαρή συντήρηση... Το μεγάλο πλεονέκτημά τους... είναι ότι μπορούν να εναλλάσσουν και την υγρασία.»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Και οι δύο τύποι χρησιμοποιούνται για εξοικονόμηση ενέργειας μεταξύ νωπού και απορριπτόμενου αέρα, με ίδια τυπική απόδοση καινούριων μηχανημάτων 55-85%. Ο πλακοειδής εναλλάκτης αέρος δεν έχει κινούμενα/λειτουργικά μέρη — είναι μια κλειστή, απλή κατασκευή που σχεδόν δεν χρειάζεται συντήρηση — αλλά το μειονέκτημά του είναι ότι εναλλάσσει μόνο αισθητή θερμότητα, όχι υγρασία. Ο περιστροφικός εναλλάκτης, αντίθετα, έχει το πλεονέκτημα ότι μπορεί να εναλλάσσει επιπλέον και την υγρασία (λανθάνουσα θερμότητα) του θερμότερου ρεύματος αέρα, λειτουργώντας έτσι και σαν αφυγραντήρας/υγραντήρας· έχει όμως το μειονέκτημα ότι, λόγω των κινούμενων μερών του (περιστρεφόμενος τροχός, κινητήρας), απαιτεί σοβαρή/τακτική συντήρηση, σε αντίθεση με τον πλακοειδή.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ίδια απόδοση (55-85%)· Πλακοειδής: χωρίς κινούμενα μέρη/σχεδόν καμία συντήρηση, μόνο θερμότητα. Περιστροφικός: εναλλάσσει και υγρασία, αλλά χρειάζεται σοβαρή συντήρηση
Πλεονέκτημα/μειονέκτημα περιστροφικού έναντι πλακοειδούς αέρος
Ερώτηση: Ποιο είναι το μεγάλο πλεονέκτημα του περιστροφικού εναλλάκτη σε σχέση με τον πλακοειδή αέρος και ποιο αντίστοιχα το μειονέκτημά του;
Απάντηση:
- §7-10. «Το μεγάλο πλεονέκτημά τους, έναντι των πλακοειδών εναλλακτών θερμότητας, είναι ότι μπορούν να εναλλάσσουν και την υγρασία που περιέχεται στο θερμότερο από τα δύο ρεύματα του αέρα.» «Έχουν όμως το μειονέκτημα ότι χρειάζονται σοβαρή συντήρηση, σε αντίθεση με τους πλακοειδείς που δεν έχουν ανάγκη από καμία σχεδόν συντήρηση.»
Σύνοψη: Το μεγάλο πλεονέκτημα του περιστροφικού εναλλάκτη έναντι του πλακοειδούς αέρος είναι ότι μπορεί να εναλλάσσει και την υγρασία που περιέχεται στο θερμότερο από τα δύο ρεύματα αέρα (όχι μόνο αισθητή θερμότητα). Το αντίστοιχο μειονέκτημά του είναι ότι, λόγω των κινούμενων μερών του (περιστρεφόμενος τροχός), χρειάζεται σοβαρή συντήρηση, σε αντίθεση με τον πλακοειδή που σχεδόν δεν χρειάζεται καμία συντήρηση.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Πλεονέκτημα: εναλλάσσει και υγρασία — Μειονέκτημα: χρειάζεται σοβαρή συντήρηση (κινούμενα μέρη)
Κριτήρια επιλογής πλακοειδούς ή περιστροφικού εναλλάκτη αέρος
Ερώτηση: Αν είχατε την ελευθερία να διαλέξετε σε μία εγκατάσταση πλακοειδή εναλλάκτη αέρος ή περιστροφικό εναλλάκτη, με ποια κριτήρια θα κάνατε την επιλογή σας;
Απάντηση:
- §7-9/7-10/7-12. Συνδυασμός χαρακτηριστικών: απόδοση 55-85% και στους δύο, εναλλαγή υγρασίας μόνο στον περιστροφικό, ανάγκη συντήρησης μόνο στον περιστροφικό, μείωση απόδοσης με τον χρόνο και στους δύο (§7-12: ~50% μακροπρόθεσμα).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα βασικά κριτήρια επιλογής θα ήταν: (1) Ανάγκη ανάκτησης υγρασίας — αν στο κλίμα/εφαρμογή είναι σημαντική η εναλλαγή λανθάνουσας θερμότητας (υγρασίας) μεταξύ των δύο ρευμάτων αέρα, επιλέγεται ο περιστροφικός· αν χρειάζεται μόνο ανάκτηση αισθητής θερμότητας, αρκεί ο φθηνότερος σε συντήρηση πλακοειδής. (2) Διαθεσιμότητα συντήρησης — αν δεν υπάρχει προσωπικό/πρόγραμμα τακτικής συντήρησης, προτιμάται ο πλακοειδής που σχεδόν δεν χρειάζεται συντήρηση. (3) Κόστος αρχικής επένδυσης και λειτουργίας — ο περιστροφικός έχει επιπλέον κόστος κινητήρα/κίνησης και συντήρησης. (4) Αξιοπιστία/απλότητα — ο πλακοειδής, χωρίς κινούμενα μέρη, έχει λιγότερες πιθανές βλάβες. (5) Κίνδυνος διασταύρωσης/ρύπανσης μεταξύ των δύο ρευμάτων αέρα — ο περιστροφικός τροχός μεταφέρει πάντα ένα μικρό ποσοστό αέρα/ρύπων από το ένα ρεύμα στο άλλο κατά την περιστροφή, κάτι που μπορεί να μην είναι αποδεκτό σε εφαρμογές με απαιτήσεις καθαρότητας αέρα, ενώ ο πλακοειδής διαχωρίζει πλήρως τα δύο ρεύματα. (6) Αναμενόμενη μακροπρόθεσμη πτώση απόδοσης λόγω ρύπανσης — και στους δύο τύπους η απόδοση πέφτει με τον χρόνο, οπότε πρέπει να συνυπολογίζεται το κόστος καθαρισμού φίλτρων/επιφανειών.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήρια: ανάγκη ανάκτησης υγρασίας (μόνο περιστροφικός), διαθεσιμότητα συντήρησης, κόστος αρχικό/λειτουργίας, απλότητα/αξιοπιστία, κίνδυνος διασταύρωσης ρευμάτων αέρα (μόνο περιστροφικός), μακροπρόθεσμη πτώση απόδοσης
Βασικός περιορισμός πλακοειδούς/περιστροφικού και εναλλακτική λύση
Ερώτηση: Ποιος είναι ο βασικός περιορισμός όταν θέλετε να δουλέψετε με πλακοειδή εναλλάκτη αέρος ή με περιστροφικό εναλλάκτη; Τι εναλλακτική λύση υπάρχει; Ποιο είναι το σημαντικό μειονέκτημα αυτής της λύσης;
Απάντηση:
- §7-11. «Οι δύο τύποι εναλλακτών αέρος-αέρος (πλακοειδείς και περιστρεφόμενοι) έχουν πολύ καλές αποδόσεις, αλλά παρουσιάζουν το μειονέκτημα ότι θα πρέπει να φέρουμε τα δύο ρεύματα αέρα πολύ κοντά μεταξύ τους. Όταν αυτό δεν είναι δυνατόν μπορεί να γίνει εξοικονόμηση ενέργειας με τη συνδυασμένη λειτουργία δύο στοιχείων.» «Το σύστημα RAC είναι χαμηλού κόστους και ευέλικτο, αλλά έχει σχετικά χαμηλό βαθμό απόδοσης που σπάνια υπερβαίνει το η=55%.» «...είναι προφανές ότι το σύστημα αυτό δεν μπορεί να παρακρατήσει υγρασία.»
Σύνοψη: Ο βασικός περιορισμός είναι ότι και οι δύο τύποι (πλακοειδής και περιστροφικός) απαιτούν τα δύο ρεύματα αέρα (νωπού και απορριπτόμενου) να βρίσκονται πολύ κοντά το ένα στο άλλο, ώστε να μπορέσουν να διέλθουν από την ίδια συσκευή εναλλαγής. Όταν αυτό δεν είναι εφικτό λόγω της διαμόρφωσης της εγκατάστασης, η εναλλακτική λύση είναι η συνδυασμένη λειτουργία δύο στοιχείων (coils), γνωστή ως σύστημα Run-Around Coils (RAC), όπου ένα στοιχείο σε κάθε ρεύμα αέρα συνδέεται μέσω κλειστού κυκλώματος νερού. Το σημαντικό μειονέκτημα αυτής της λύσης είναι ο σημαντικά χαμηλότερος βαθμός απόδοσης (σπάνια υπερβαίνει το η=55%, ακόμη και με καινούρια/καθαρά στοιχεία) — επιπλέον, το σύστημα αυτό δεν μπορεί καθόλου να μεταφέρει/παρακρατήσει υγρασία.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Περιορισμός: τα 2 ρεύματα αέρα πρέπει να είναι κοντά. Εναλλακτική: Run-Around Coils (RAC, 2 στοιχεία+κλειστό κύκλωμα νερού). Μειονέκτημα RAC: χαμηλότερη απόδοση (≤55%) και καμία εναλλαγή υγρασίας
Εξοικονόμηση ενέργειας όταν τα ρεύματα δεν έρχονται κοντά
Ερώτηση: Όταν τα δύο ρεύματα του νωπού αέρα και του αέρα ανακυκλοφορίας δεν μπορούν να έρθουν κοντά το ένα στο άλλο, λόγω της κατασκευαστικής διαμόρφωσης της οικοδομής, τότε ποιος άλλος τρόπος υπάρχει για να κάνετε εξοικονόμηση ενέργειας;
Απάντηση:
- §7-11. «Ο συνδυασμός των δύο στοιχείων για τη δημιουργία ενός εναλλάκτη αέρος-αέρος ονομάζεται στα αγγλικά Run-Around Coils και για συντομία θα γράψουμε RAC... Το ένα στοιχείο παραλαμβάνει τη θερμότητα από το θερμό ρεύμα του αέρα και την αποδίδει, μέσω ενός κλειστού κυκλώματος νερού, σε ένα άλλο στοιχείο που βρίσκεται στο ψυχρό ρεύμα του αέρα.»
Σύνοψη: Ο τρόπος αυτός είναι η χρήση συστήματος Run-Around Coils (RAC): τοποθετούμε ένα στοιχείο (coil) μέσα σε κάθε ένα από τα δύο ρεύματα αέρα (νωπού αέρα και απορριπτόμενου/ανακυκλοφορίας), και τα συνδέουμε μεταξύ τους με ένα κλειστό κύκλωμα νερού (με αντλία και δοχείο διαστολής). Το στοιχείο στο θερμό ρεύμα παραλαμβάνει θερμότητα και την αποδίδει, μέσω του κυκλοφορούντος νερού, στο στοιχείο του ψυχρού ρεύματος — έτσι επιτυγχάνεται εξοικονόμηση ενέργειας χωρίς να χρειάζεται τα δύο ρεύματα αέρα να είναι φυσικά κοντά μεταξύ τους (μειονέκτημα: χαμηλότερη απόδοση, ≤55%, και καθόλου εναλλαγή υγρασίας).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Σύστημα Run-Around Coils (RAC): 2 στοιχεία (ένα σε κάθε ρεύμα αέρα) συνδεδεμένα με κλειστό κύκλωμα νερού
