Nebezpečí pro deskový výměník tepla - co ho může poškodit?

Deskový výměník tepla je zařízení poměrně jednoduché konstrukce, trvanlivé a bez pohyblivých částí. Ve správně navržené a provozované topné soustavě může fungovat mnoho let. Proces vakuového pájení, při teplotách dosahujících až několika set stupňů Celsia, zajišťuje, že se obvykle jedná o skutečně trvanlivou konstrukci. Někteří výrobci, včetně Nordic Tec, zaznamenávají míru vad nižší než 3 kusy na 1000 instalovaných jednotek během prvních 2 let používání. To však neznamená, že je zcela odolný vůči nevhodným provozním podmínkám. Co může poškodit výměník tepla? Jaké podmínky v soustavě mu mohou uškodit?

Usazeniny, nečistoty v soustavě, příliš vysoký tlak, vodní ráz (tzv. vodní kladivo) nebo zamrznutí média? Nebo snad pomalé působení jiných faktorů. Skutečně jich je několik a některé mohou být poměrně překvapivé.

Jaká jsou největší rizika pro deskový výměník tepla a jak jim lze předcházet?

Nečistoty a kal v topné soustavě

Jedním z nejčastějších problémů jsou nečistoty cirkulující spolu s vodou v soustavě. Může se jednat mimo jiné o produkty koroze, kal, zbytky po montáži soustavy a částice těsnicích materiálů.

V deskovém výměníku tepla proudí médium poměrně úzkými kanály vytvořenými mezi jednotlivými deskami. Díky tomu se dosahuje velké plochy pro výměnu tepla při malých rozměrech zařízení, ale zároveň může být výměník náchylnější k nečistotám než prvek soustavy se širokými průtokovými kanály.

Nahromadění usazenin může způsobit:

• nárůst odporu proti průtoku

• pokles účinnosti výměny tepla,

• nerovnoměrný průtok výměníkem,

• zvýšené zatížení oběhového čerpadla,

• postupné ucpávání kanálů.

Zvláštní pozornost je třeba věnovat starším topným soustavám, ve kterých se po mnoho let mohly hromadit produkty koroze. Před instalací nového výměníku do staré soustavy je proto vhodné ji důkladně propláchnout. V mnoha případech se také doporučuje použití vhodného filtru nebo odlučovače nečistot.

Skladem

Sada pro montáž na stěnu s fitinky pro výměník deskový 1" (DN25)

WSP1"

2 350,00 Kč

Přidat do košíku

Skladem

Filtr na tvardou vodu Změkčovač vody BlueStream 3/4"

BlueStream 3/4"

3 999,00 Kč

Přidat do košíku

Skladem

Výměník tepla Ba-16-32 20-40kW 1"

NT Ba-16-32

2 799,00 Kč

Přidat do košíku

Bazénová chemie a vysoká koncentrace chloru, a deskový výměník

Bazénová chemie, zejména vysoká koncentrace chloru a chloridů s ní spojená, může představovat vážné riziko pro deskový výměník tepla vyrobený z nerezové oceli. Dlouhodobý kontakt s chemicky agresivní vodou může vést ke korozi desek, včetně bodové koroze, a v důsledku toho ke vzniku mikronetěsností a úniku mezi okruhy. Riziko roste s rostoucí teplotou a koncentrací chloridů.

Obzvláště nebezpečná je situace, kdy se silně koncentrovaná bazénová chemie dostane přímo do výměníku, například v důsledku nesprávného umístění dávkovacího systému. Z tohoto důvodu je třeba u bazénových instalací věnovat pozornost nejen provozním parametrům výměníku, ale i jeho materiálovému provedení a odolnosti vůči chemickému složení vody. Pro náročné bazénové instalace se používají speciální bazénové výměníky vyrobené z materiálů se zvýšenou odolností vůči chlorované nebo slané vodě, například titanové výměníky.

Dobré vědět - z výše uvedených důvodů část výrobců neposkytuje záruku na používání deskových výměníků v bazénové technice. Mezi ně patří i Nordic Tec.

Sůl v topné soustavě - pryskyřicové změkčovače vody a domácí úpravny vody

Potenciálním rizikem pro deskový výměník tepla může být i nesprávně připravená voda používaná k napouštění topné soustavy. Zvláštní pozornost si zaslouží domácí úpravny vody využívající pryskyřicové změkčovače vody regenerované solí. Jde o poměrně nepředvídatelnou a paradoxní situaci, neboť taková zařízení jsou propagována jako záchrana pro topné soustavy - řešení proti tvrdé vodě.

Lidé, kteří je používají, předpokládají, že jsou-li tato zařízení prodávána, musí být vhodná pro použití s každým prvkem topné soustavy a že sůl přidávaná do soustavy pravděpodobně není škodlivá. Účinek soli však všichni známe, je to velmi agresivní látka. I když není schopna poškodit velké ocelové bloky (například na lodích plujících po moři), rozhodně poškodí desky výměníku, které musí být vzhledem ke své funkci přenosu tepla mimořádně tenké.

Přidávání soli do změkčovače vody dříve nebo později znamená nutnost výměny deskového výměníku.

Totéž platí pro výměníky používané v soustavách s elektrodovými kotli - pokud se k úpravě vody v okruhu používá sůl.

✅ Shrnutí - sůl je absolutním nepřítelem výměníků tepla. Máme-li co do činění s tvrdou vodou, jsou přípustné pouze změkčovače vody, které nejsou založeny na iontoměničové pryskyřici nebo nevyžadují přidávání soli, například průtokové změkčovače, i když nejsou tak účinné jako ty vyžadující sůl. Neexistuje bezpečné množství soli v soustavě s deskovým výměníkem.

Demineralizační a deionizační stanice, a pájené spoje výměníků tepla

Ve skutečnosti plní demineralizační stanice na mnoha místech užitečnou a žádoucí roli, někdy jsou dokonce doporučovány v určitých oblastech s výjimečně tvrdou vodou. Problém spočívá v tom, že kriticky vysoká tvrdost vody, která by mohla odůvodnit použití takové stanice, se v praxi vyskytuje velmi vzácně. Tvrdá voda je v Evropě normou (snad kromě Skandinávie) a ne každá tvrdá voda je již důvodem k použití demineralizačních stanic. V praxi se ukazují jako velmi radikální řešení.

Paradox demineralizované vody

Demineralizační nebo deionizační stanice se ve většině případů kupují a instalují preventivně a jsou velmi často předimenzované. Za takových podmínek je velmi snadné to přehnat. Demineralizovaná nebo deionizovaná voda - pokud je příliš zbavena iontů a minerálů - usiluje o fyzikálně-chemickou rovnováhu. Z tohoto důvodu napadá svary i kovy a jiné materiály v soustavě. To jednoduše vede ke zvýšené poruchovosti pájených zařízení, jako jsou výměníky tepla, ale také svařovaných zařízení, jako jsou například kotlové rozdělovače.

Nepopiratelným problémem je skutečnost, že na internetu lze najít mnoho informací zaměřených na pozitivní účinek demineralizované vody, protože může být škodlivá jen pro část zařízení, a protože mírné používání vhodně dimenzované demineralizační stanice, bez předimenzování, by k takovým situacím nemělo vést. Pokud však používáme výměník tepla, stojí za zamyšlení, zda je demineralizační stanice skutečně potřebná. Ve většině námi analyzovaných případů, kdy došlo k poškození výměníku tepla demineralizovanou vodou, nebyla tvrdost vody vůbec vyšší než průměrná. Paradox spočívá v tom, že taková úroveň tvrdosti vody umožňuje životnost výměníku až 12 či 15 let. Demineralizovaná voda ho naopak může rozstěsnit během několika měsíců.

Skladem

Výměník tepla Ba-16-26 18-35kW 1"

NT Ba-16-26

2 599,00 Kč

Přidat do košíku

Skladem

Izolace výměníku tepla IZ-Ba-16-40/50/60

IZ-Ba-16-40/50/60

879,00 Kč

Přidat do košíku

Skladem

Magnetický filtr topení 1" Nordic Tec DN25

CZ-magneticky-filtr-1-NT

1 349,00 Kč

Přidat do košíku

Kotelní kámen a minerální usazeniny ve výměníku

Dalším rizikem je usazování minerálních sloučenin obsažených ve vodě. Problém může být obzvláště patrný v soustavách, které jsou často doplňovány čerstvou, tvrdou vodou - otevřené systémy jsou tedy tomuto problému více vystaveny.

Vrstva usazenin na povrchu desek funguje jako izolátor. I když je průtok výměníkem stále možný, jeho účinnost může postupně klesat.

V praxi pak lze pozorovat situaci, kdy jsou teploty na jedné straně výměníku v pořádku, ale na druhé straně je stále obtížnější dosáhnout očekávaných parametrů.

Riziko usazování kotelního kamene roste mimo jiné s rostoucí teplotou a častým doplňováním čerstvé vody do soustavy.

Pokud soustava vyžaduje pravidelné doplňování vody, je třeba především najít příčinu jejího úbytku. Neustálé doplňování čerstvé vody by nemělo být považováno za normální způsob provozu těsné soustavy ústředního topení.

Příliš vysoký provozní tlak

Každý deskový výměník tepla má výrobcem stanovený maximální přípustný provozní tlak. Jeho překročení může vést k trvalému poškození zařízení.

Nebezpečné může být jak dlouhodobé působení příliš vysokého tlaku, tak i prudké, krátkodobé výkyvy. Proto by měl být výměník vybírán nejen z hlediska požadovaného výkonu, teplot a průtoku, ale také tlakových parametrů konkrétní soustavy. Obzvláště důležité je ověřit, jaký maximální tlak může v systému skutečně nastat, nikoli pouze jaký tlak je pozorován během jeho běžného provozu.

V praxi se tento problém často týká používání výměníků tepla kapalina-kapalina - tedy určených spíše pro standardní, klasická média bez freonu. Chladiva typu R410a, R32, R407c a podobná - se kterými se setkáváme u tepelných čerpadel či klimatizací - jednoduše dosahují mnohem vyšších tlaků. Pro ně je třeba používat speciální výměníky pro chladiva, což je podmínkou jejich přežití v soustavě.

Vodní rázy a poruchy výměníků tepla

Náhlá změna rychlosti proudění kapaliny může způsobit prudký nárůst tlaku označovaný jako vodní ráz. K němu může dojít v různých situacích, mimo jiné při velmi rychlém uzavření ventilu, náhlém spuštění čerpadla nebo prudké změně podmínek proudění, náhlém rozběhu průtoku a trhavém, přerušovaném provozu.

Výměník tak může pracovat při zdánlivě bezpečném statickém tlaku, a přesto být periodicky vystaven mnohem vyšším okamžitým zatížením.

V soustavách využívajících deskové výměníky je vhodné vyhýbat se prudkému otevírání a zavírání armatur a náhlým změnám průtoku. To ostatně uvádí většina výrobců v podmínkách používání, záručních podmínkách či návodech k obsluze.

Poruchy deskových výměníků při provozu s motory a kompresory

Deskové výměníky tepla bývají používány k chlazení motorů, kompresorů a jiných průmyslových zařízení či strojů, kde mohou například chladit hydraulický olej. U tohoto typu aplikací může být zvláštním rizikem pro výměník již samotné vibrace přenášené z pracujícího stroje na výměník a soustavu. Pokud je výměník namontován přímo na zařízení generující silné vibrace nebo je s ním spojen tuhým potrubím, mohou opakovaná zatížení časem způsobit únavu materiálu, napětí v oblasti hrdel, pájených spojů a samotných desek. Riziko roste u velkých kompresorů, spalovacích motorů a zařízení pracujících cyklicky, zejména během rozběhu a zastavování.

Skutečným problémem je však charakteristický, málo rovnoměrný pracovní rytmus tohoto typu zařízení, který lze označit jako trhavý a nejednotný. Zejména u kompresorů nebo motorů, které rychle dosahují vysokých otáček a poté mění pracovní režim, dříve či později dojde k vodním rázům.

Z tohoto důvodu je dobré pamatovat, že i výměník pracující při správném tlaku a teplotě u motoru nebo kompresoru může předčasně ztratit těsnost.

✅ Použití výměníku s motorem nebo kompresorem vede k výrazně většímu poškození výměníků než klasické používání v domácí topné soustavě. Pokud vybíráte výměník pro toto použití, ověřte si, zda na něj budete mít záruku - každý výrobce může mít v tomto ohledu jiná pravidla.

• Nové

Skladem

Sestava GPN-5 | Čerpadlová skupina 3 okruhy bez směšování - přímé

CZ-cerpadlova-sestava-bez-smesovani-GPN-5

10 250,00 Kč

Přidat do košíku

Skladem

Bazénový Výměník tepla NORDIC Tec B155 50kW

B155

5 199,00 Kč

Přidat do košíku

Skladem

Výměník tepla Ba-32-30 1" 30-65kW

NT Ba-32-30

3 979,00 Kč

Přidat do košíku

Nesprávná montáž výměníku - například naležato

Poškození výměníků může také vyplývat z montážních chyb.

Obzvláště nebezpečné je přenášení napětí z potrubní soustavy přímo na hrdla výměníku. K tomu může dojít, pokud jsou trubky špatně vyrovnané, výměník je použit jako podpůrný prvek soustavy nebo pokud je při montáži použita nadměrná síla. Potrubí by mělo být správně upevněno a podepřeno, aby jeho hmotnost a napětí nezatěžovaly hrdla výměníku.

Je třeba také dbát na způsob dotahování spojů. Nadměrná síla nezlepšuje těsnost soustavy, ale může vést k poškození hrdla nebo jeho spojení s výměníkem.

Vodorovná montáž výměníku znemožňuje průtok a vede k netěsnosti

✅ Deskové výměníky by měly být montovány svisle.

Nesprávná montážní poloha deskového výměníku tepla může způsobit problémy s jeho odvzdušňováním a správným průtokem média. To samozřejmě způsobí, že soustava nebude fungovat správně - nebo vůbec, pokud dojde k jejímu zablokování.

V případě vodorovné montáže mohou v závislosti na konstrukci výměníku a rozmístění hrdel vznikat v jeho kanálech vzduchové kapsy. Vzduch snižuje skutečnou průtokovou plochu, zhoršuje výměnu tepla a může způsobit nerovnoměrné tepelné zatížení jednotlivých částí výměníku. Obzvláště nebezpečná je situace, kdy je průtok silně omezen nebo dočasně zastaven, zatímco druhá strana výměníku stále dodává velké množství tepla a oběhová čerpadla pracují. Může pak docházet k místnímu přehřívání, prudkým teplotním výkyvům a vzniku tepelných napětí, stejně jako k nárůstu tlaku, který může za extrémních podmínek přispět k netěsnosti výměníku. Montážní poloha by proto měla být vždy volena v souladu s dokumentací výrobce a instalace by měla být provedena tak, aby umožňovala účinné odvzdušnění obou okruhů. Pro deskové modely se univerzálně používá svislá poloha.

Provoz výměníku s podzemní, studniční, říční nebo neupravenou vodou

O tomto tématu jsme již psali podrobněji v samostatném článku, jelikož se jedná o častý jev - zejména v kontextu zemních tepelných čerpadel, která, jak víme, čerpají vodu z podzemních vod (tzv. solanka), ale někdy také z řek, rybníků či studní. Tito lidé instalují výměník s cílem chránit tepelné čerpadlo, zatímco výměník je ve skutečnosti stejně citlivý na podzemní vodu.

Proč je tento typ vody problémem a může způsobit netěsnost výměníků? Protože obsahuje škodlivé chloridy (v extrémních případech s účinkem podobným soli) a nadbytek škodlivých minerálních solí. Zvláště nebezpečné je železo, mangan a vápník. Stejně jako u jiných problematických aplikací jsou pro studniční nebo podzemní vodu potřeba speciální výměníky. Při použití klasického výměníku (který je ze své podstaty určen pro vodu z vodovodní sítě, tedy předem upravenou) se vystavujeme riziku netěsnosti mimo záruční dobu.

✅ Pro studniční a podzemní vodu všeho druhu by se měly raději používat výměníky s těsněním (rozebíratelné). Ty jsou rozebíratelné a umožňují výměnu konkrétní součásti, například jedné netěsné desky nebo daného těsnění. V případě netěsnosti se pak takový výměník jednoduše opraví poměrně levným způsobem. Při použití pájeného výměníku pro tuto aplikaci již po vzniku netěsnosti taková možnost nebude.

Shrnutí

Pájený deskový výměník tepla může v topné soustavě fungovat mnoho let, pokud byl správně vybrán, namontován a chráněn.

Mezi nejdůležitější rizika patří nečistoty a magnetit, kotelní kámen, zamrznutí média, překročení přípustného tlaku nebo teploty, vodní rázy, nevhodné médium a montážní chyby.

Mnoho poruch běžně označovaných jako „poškození výměníku" je ve skutečnosti důsledkem problémů vyskytujících se v celé soustavě nebo nesprávného výběru výměníku vzhledem k aplikaci nebo jiným zařízením přítomným v soustavě, která by neměla fungovat společně s výměníkem. Proto je při poklesu výkonu výměníku vhodné hledat nejen způsob jeho vyčištění nebo výměny, ale především příčinu, která vedla ke zhoršení jeho provozu.

Odstranění této příčiny umožňuje chránit jak výměník, tak i ostatní prvky topné soustavy.

BLOG:

• Nominální průtok ve výměníku Nordic Tec - co to znamená?
• Připojení výměníku chladivo-voda, přípojka plynové strany