Výmenníky tepla sú nevyhnutné všade tam, kde priame odovzdávanie tepla zo zdroja do spotrebiča nie je možné. Tieto zariadenia nachádzajú uplatnenie v situáciách s odlišnými teplonosnými látkami, ako napríklad nemrznúca kvapalina a voda, vykurovacia voda a teplá úžitková voda, alebo pri centralizovanom zásobovaní teplom (CZT) a vykurovacej vode v objektoch. Rovnako sú dôležité pri rozdielnych tlakových pomeroch v jednotlivých okruhoch.
Keďže 100% termická účinnosť tepelného výmenníka nie je dosiahnuteľná, vždy existuje určitý teplotný rozdiel medzi vstupnou vykurovacou a výstupnou ohrievanou kvapalinou. Typickými príkladmi systémov, kde sa s týmto stretávame, sú solárne systémy alebo tepelné čerpadlá.
Výkon a návrh výmenníkov tepla
Najdôležitejším parametrom každého tepelného výmenníka je jeho odovzdávací výkon. Nemožno preto jednoznačne udávať výkony bez upresnenia prevádzkových podmienok, v ktorých budú pracovať. Tepelné výmenníky sa vždy navrhujú pre konkrétne aplikácie a podmienky prevádzky.
Ak sa do vykurovacieho systému s úspornými zdrojmi, ako sú solárne systémy alebo tepelné čerpadlá, inštaluje nedostatočne veľký tepelný výmenník, môže dôjsť k problémom. V takom prípade sa do zdrojov vracia vyššia teplota kvapaliny, čo ich núti pracovať pri vyššej teplote, než by bolo optimálne. Vyšší teplotný spád znamená vyššiu pracovnú teplotu týchto zdrojov, čo znižuje ich účinnosť alebo vykurovací faktor.
Čím je navrhnutý teplotný spád výmenníka vyšší, tým menšia je potrebná veľkosť výmenníka a tým nižšia je aj počiatočná investícia. Pre systémy, kde nie sú kladené vysoké nároky na čo najnižšiu teplotu zdroja, postačujú menšie a lacnejšie výmenníky.
Typy tepelných výmenníkov
Na trhu existujú rôzne typy tepelných výmenníkov, ktoré sa líšia konštrukciou a vhodnosťou pre konkrétne aplikácie.
Rúrkové tepelné výmenníky
Rúrkové tepelné výmenníky sú jednoduché zariadenia zložené z jednej alebo viacerých stočených rúrok. Prestupnú plochu tvorí vonkajší plášť rúrky. Typickým príkladom sú integrované výmenníky v zásobníkoch ohriatej pitnej vody alebo v akumulačných nádržiach.
Ich nevýhodou je nízky prestupný koeficient, čo znamená, že pre odovzdávanie aj relatívne malého výkonu potrebujú veľkú prestupnú plochu. Preto sa tieto výmenníky používajú v systémoch s výkonom do niekoľkých desiatok kilowattov, kde nie je požiadavka na malý teplotný rozdiel medzi vykurovacou a ohrievanou kvapalinou.
Doskové tepelné výmenníky
Doskové tepelné výmenníky disponujú prestupným koeficientom až 10-krát vyšším ako rúrkové výmenníky a ich odovzdávací výkon môže dosahovať stovky kilowattov.
Nevýhodou je, že nemôžu byť použité ako integrované, čo si vyžaduje použitie obehového čerpadla na vykurovacej aj ohrievanej strane. Pri integrovaných rúrkových výmenníkoch je obehové čerpadlo zvyčajne potrebné len jedno.
Obrovskou výhodou doskových výmenníkov je ich veľká variabilnosť vo veľkostiach a typoch vyhotovenia. Umožňujú navrhnúť výmenník aj pre extrémne malý teplotný spád (maximálny zisk solárneho systému) a odovzdanie veľkého vykurovacieho výkonu, napríklad pri priepravke ohriatej pitnej vody, CZT alebo rozsiahlych solárnych systémoch.
Akumulačné nádrže v systémoch s viacerými zdrojmi
Akumulačné nádrže, ako naznačuje ich názov, slúžia na akumuláciu tepla z rôznych zdrojov, ako sú kotly na tuhé palivo, tepelné čerpadlá alebo solárne systémy. Jedná sa o tlakové nádrže vhodného objemu, ktoré uchovávajú teplo až do momentu, keď bude potrebné pre vykurovanie objektu.
V súčasnosti prevládajú požiadavky na kombináciu viacerých zdrojov tepla, vrátane tepelných čerpadiel, solárnych systémov, kotlov na tuhé palivo či biomasu, a elektrického ohrevu. Pre prevádzku s viacerými zdrojmi sa vyvíjajú a vyrábajú špeciálne nádrže, ktoré slúžia ako centrum celej technológie. Tieto nádrže sústredia energiu zo všetkých zdrojov a dodávajú ju na vykurovanie aj na prípravu ohriatej pitnej vody.