Odpowiedzi udzielił: Bartosz Kuźnik Inżynier Kontroli Jakości ZUG Elektromet

Wydajność wymiennika c.w.u. a moc wężownicy – przyczyny niedogrzania wody w zbiorniku

Wymienniki c.w.u. są projektowane i wykonywane dla pewnych określonych przez producenta parametrów pracy. Moc grzewcza wężownicy w tych urządzeniach jest uzależniona od kilku czynników, które producenci urządzeń uwzględniają, określając optymalne parametry pracy. Z drugiej strony użytkownicy wymienników c.w.u. czasem spotykają  się z problemem zbyt niskiej ich zdaniem wydajności wymiennika. Sugerując się danymi w katalogach producentów często obserwują, że wymiennik „daje” za mało ciepłej wody. Wtedy często zgłaszane są reklamacje do producentów urządzeń z żądaniem wymiany na nowy lub w najlepszym przypadku prośbą o sprawdzenie wydajności. 

Przyczyny problemów…

Producenci urządzeń nie mogą na etapie produkcji i projektowania przewidzieć w jakich warunkach i na jakich parametrach będzie pracowało dane urządzenie. Bo jest to niemal niemożliwe. Podają pewne charakterystyczne parametry mocy grzewczych dla odpowiednich parametrów wody grzejnej, ciepłej wody użytkowej i zimnej wody doprowadzanej do wymiennika, mając nadzieję, że w rzeczywistej instalacji podane w katalogach parametry zostaną zachowane. Najczęściej moc grzewczą wężownic podaje się dla parametrów 60/10/45⁰C lub 70/10/45⁰C.  Oznacza to, że temperatura wody grzejnej zasilającej wężownicę wynosi odpowiednio 60 lub 70⁰C, zimna woda doprowadzana do wymiennika ma temperaturę 10⁰C, a ciepła woda użytkowa wewnątrz zbiornika temperaturę 45⁰C. Dla takich parametrów określana  jest moc wężownicy lub wężownic podawana w katalogach.

Wężownice są wykonywane ze stali i pokrywane jednostronnie warstwą emalii ceramicznej. Każda stal charakteryzuje się współczynnikiem przewodzenia ciepła określanym w jednostkach W/mK. Czyli ile ciepła przeniknie przez ściankę o podanej grubości dla różnicy temperatury wynoszącej 1 stopnień. Dla stali wykorzystywanej do produkcji wężownic współczynnik ten wynosi od 35 do 40 W/mK. Uwzględniając grubość materiału rury (a najczęściej jest to od 2,3 do 3 mm) uzyskuje się  kolei współczynnik przenikania dla danego materiału  odniesiony do powierzchni, określający wstępnie moc wymiennika. Dla większości urządzeń dostępnych na rynku współczynnik dla wężownicy wynosi od 13,5 do 15 kW z m2 . Nie mniej nie więcej oznacza to, że przy różnicy temperatury po obu stronach wężownicy wynoszącej 1⁰C (1 K) moc grzewcza wężownicy o powierzchni 1 m2 wynosi odpowiednio 13,5 lub 15 kW. Najczęściej takie parametry można przyjąć dla temperatury wody grzejnej wynoszącej 60⁰C i  temperatury c.w.u. na poziomie 45 do 50⁰C. Specyfika wymiany ciepła i pracy wężownicy w wymienniku c.w.u. jest złożona i obejmuje szereg czynników. Dlatego prawidłowe określenie parametrów pracy wymaga sporego doświadczenia i wiedzy inżynierskiej. Mówiąc w skrócie woda zimna trafia do zbiornika od dołu, woda grzejna trafia do wężownicy od góry. Woda zimna stopniowo jest ogrzewana wzdłuż wysokości zbiornika w kierunku do góry, woda grzejna zaś stopniowo traci temperaturę, płynąc wężownicą w dół. Wymiennik c.w.u. jest klasycznym przeciwprądowym wymiennikiem ciepła. W takim wymienniku moc wymiany ciepła zależy od  pola powierzchni wymiany oraz od różnicy temperatury pomiędzy czynnikiem grzejnym a ogrzewanym. Ta różnica z kolei jest praktycznie inna przy każdym ze zwojów wężownicy. Im większa różnica, tym większa moc przekazywana jest od strony czynnika grzejnego do czynnika ogrzewanego. Pomijając  wywody termodynamiczne, to wydajności c.w.u. podawane przez producentów urządzeń są określane dla warunków pracy, które  wynikają z obliczeń termodynamicznych i są skorygowane podczas rzeczywistych badań.

Okazuje się, że często użytkownicy nie mogą uzyskać wydajności podanej przez producenta. Pomimo tego, że producent podczas prób uzyskał właściwe wyniki.  Ma na to wpływ wiele czynników. Najczęściej to zbyt niska różnica temperatury pomiędzy wlotem a wylotem z wężownicy. Praktyka serwisowa wykazuje, że przyczyną takiego stanu rzeczy jest niewłaściwy dobór pompy obiegowej. Często też woda zimna trafiająca do zbiornika ma temperaturę wyższą od podanej przez producenta. A to z kolei powoduje, że sumaryczna moc wężownicy maleje. Nieraz kilka czynników występuje jednocześnie, utrudniając właściwą diagnozę przyczyn niesprawności.

Pompa c.w.u. a wydajność c.w.u.

Niewłaściwy dobór pompy w sensie za dużej wydajności lub praca pompa ze zbyt dużą wydajnością powodują zjawisko określane potocznie jako  „płukanie” wężownicy. Mówiąc innymi słowy, woda grzejna płynie za szybko, by mogła nastąpić efektywna wymiana ciepła. Wtedy różnica temperatury pomiędzy króćcem wlotowym a wylotowym z wężownicy jest niewielka (5 lub 6⁰C) co powoduje, że woda znajdująca się w zbiorniku nie jest w stanie ogrzać się do wymaganej temperatury lub ogrzewanie trwa bardzo długo. Należy pamiętać, że do ogrzania 100 litrów wody od temperatury 10⁰C do 45⁰C w ciągu godziny potrzeba około 5,5 kW ciepła. To znaczy, że jeżeli wężownica ma projektowaną moc wynoszącą 11 kW, to  projektowana wydajność godzinowa wymiennika będzie wynosiła około 200 dm3/h. Jeżeli jednak woda grzejna będzie przepływała przez wężownicę za szybko, to rzeczywista moc wężownicy spadnie, bo woda grzejna nie zdąży przekazać ciepła do wody użytkowej. Tym samym ilość ciepłej wody o temperaturze 45⁰C w zbiorniku będzie mniejsza, czyli wydajność godzinowa przy określonych parametrach spadnie.

Jak można zaradzić potencjalnym kłopotom?

Przede wszystkim bardzo wskazane jest na etapie wykonywania instalacji opomiarowanie króćców przyłączeniowych do wężownicy: wody grzejnej, wody użytkowej i zimnej wody doprowadzanej do wymiennika. Umieszczenie termometrów na każdym z tych króćców pozwala w prosty sposób określić moc cieplną wymiany oraz szybko ustalić przyczyny zbyt niskiej wydajności. To oczywiście upraszcza  również procedurę ewentualnych zgłoszeń serwisowych.

Porady udzielił:

Bartosz Kuźnik
Inżynier Kontroli Jakości
ZUG Elektromet

Bezpłatna prenumerata