UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

David KNEZ

KOMBINIRANI PRENOSNIK DIMNIH PLINOV PODJETJA

EVROVARTRADE D.O.O.

Diplomsko delo

Visokošolski strokovni študijski program

Strojništvo

Maribor, januar 2013



EVROVARTRADE D.O.O.

Diplomsko delo

Študent: David KNEZ

Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program

Smer: Energetika in procesno strojništvo

Mentor: dr. Matjaž Ramšak

Somentor: Jure Marn

Maribor, januar 2013


iii

I Z J A V A

Podpisani David Knez izjavljam, da:

je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom dr.

Matjaža Ramšaka in somentorstvom Jureta Marna;

predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev

kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;

soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet

Univerze v Mariboru.

Maribor,_______________________ Podpis:______________________


iv

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju dr. Matjažu Ramšaku in

somentorju Juretu Marnu za pomoč in vodenje pri

opravljanju diplomskega dela. Zahvaljujem se

tudi gospodu Zdravku Molka, ker mi je omogočil

obravnavo in meritve patentnega izdelka.

Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili

študij.


v


EVROVARTRADE D.O.O.

Ključne besede: prenosnik toplote, prenos toplote, kondenzacija, dimni plini, mehanika

tekočin

UDK: 621.563.93/.95(043.2)

POVZETEK

V diplomski nalogi sem predstavil kombinirani prenosnik dimnih plinov, ki je patentni

izdelek podjetja Evrovartrade d.o.o. Prenosnik lahko namestimo naknadno na izhodno tuljavo

hišnih kotlov. Z dimnimi plini ogrevamo vodo, ki je lahko sanitarna ali za potrebe ogrevanja

prostorov. Z razvojnim kondenzatorjem, dimne pline ohladimo pod rosišče in tako povečamo

izkoristek kotla do 11%.


vi

COMBINED HEAT EXCHANGER OF SMOKE GASES BY

EVROVARTRADE COMPANY

Key words: heat exchanger, heat transfer, condensation, smoke gases, liquid mechanics

UDK: 621.563.93/.95(043.2)

ABSTRACT

The aim of my diploma was to introduce a heat exchanger of smoke gases, whitch is a patent

by Evrovartrade company. The exchanger can be setted up additionally on the exit side of

furnance smoke gases tube. With smoke gases we can heat water, which can be used for

industrial or for home heating. With developed exchanger, we can cool smoke gases below

saturation temperature, and consecutive enlarge the furnance efficiency up to 11%.


vii

KAZALO

1 UVOD ............................................................................................................................ - 1 -

1.1 Cilji in namen diplomske naloge ............................................................................ - 2 -

1.2 Opredelitev diplomskega dela ................................................................................ - 2 -

1.3 Struktura diplomskega dela .................................................................................... - 2 -

2 UVOD V TOPLOTNI PRENOSNIK ............................................................................ - 3 -

2.1 Definiranje prenosnika dimnih plinov .................................................................... - 4 -

3 TEORETIČNA ANALIZA TOPLOTNEGA PRENOSNIKA DIMNIH PLINOV ...... - 5 -

3.1 Sestavni deli toplotnega prenosnika ....................................................................... - 5 -

3.2 Delovanje prenosnika dimnih plinov .................................................................... - 12 -

3.3 Načini prenosa toplote v kondenzatorju ............................................................... - 14 -

3.4 Vezava toplotnega prenosnika v sistem ................................................................ - 17 -

4 PRERAČUN KONDENZATORJA ............................................................................ - 21 -

4.1 Vhodni podatki ..................................................................................................... - 21 -

4.2 Toplotna bilanca prenosnika ................................................................................. - 22 -

4.3 Empirični izračun toplotnega toka iz dimnih plinov na zrak ................................ - 24 -

4.4 Empirični izračun toplotnega toka iz dimnih plinov na cev z vodo ..................... - 28 -

4.5 Izračun povečanja teoretičnega izkoristka zaradi kondenzatorja.......................... - 35 -

5 OPIS MERITEV .......................................................................................................... - 36 -

5.1 Namen meritev ...................................................................................................... - 36 -

5.2 Meritve .................................................................................................................. - 36 -

5.3 Rezultati meritev 30kW ........................................................................................ - 37 -

5.4 Primerjava izmerjenih rezultatov z empiričnim preračunom................................ - 38 -

6 SKLEP ......................................................................................................................... - 39 -

SEZNAM UPORABLJENIH VIROV ................................................................................ - 41 -


viii

KAZALO SLIK

Slika 2.1: Protitočni toplotni prenosnik[9] ............................................................................ - 3 -

Slika 2.2: Sotočni(a) in protitočni(b) režim toka v cevnem prenosniku[1] ........................... - 4 -

Slika 3.1: Pogled na kombinirani prenosnik dimnih plinov v prerezu v smeri A-A ............. - 5 -

Slika 3.2: Kombinirani prenosnik dimnih plinov po izumu iz zadnje strani. ........................ - 6 -

Slika 3.3: Kombinirani prenosnik dimnih plinov po izumu iz sprednje strani. ..................... - 6 -

Slika 3.4: rebrasta cev(a)[10] uporabljena kot navit rebrasti ovoj(b). ................................... - 7 -

Slika 3.5: Zaslonka (14) za uravnavanje gibanja dimnih plinov ter odprtine (6,7) skozi katere

potekajo dimni plini. ...................................................................................................... - 8 -

Slika 3.6: Notranji(a) ter zunanji(b) plašč kondenzatorja...................................................... - 9 -

Slika 3.7: Vstopna (b) in izstopna(a) stran zraka................................................................. - 10 -

Slika 3.8: Kondenzator v delnem prerezu. ......................................................................... - 11 -

Slika 3.9: Potek gibanja plinov in tekočine v prenosniku toplote. ...................................... - 12 -

Slika 3.10: Smer pretoka dimnih plinov in vode v kondenzatorju. ..................................... - 13 -

Slika 3.11: Prenos toplote iz dimnih plinov na zrak(a) ter iz dimnih plinov na vodo(b). ... - 14 -

Slika 3.12: Shema tokovnic pri (a) naravni (laminarni tok) in (b) prisilni konvekciji

(turbolentni tok)[1]. ..................................................................................................... - 15 -

Slika 3.13: Prevod toplote s kondukcijo [4]. ....................................................................... - 16 -

Slika 3.14: Vezava kondenzatorja v sistem. ........................................................................ - 17 -

Slika 3.15: Shema vezave kondenzatorja v sistem .............................................................. - 18 -

Slika 3.16: Shematski prerez kondenzacijskega kotla[8]. ................................................... - 19 -

Slika 3.17: Pravilna vgradnja dimne tuljave v dimnik [2]. .................................................. - 20 -

Slika 3.18: CAD model končnega kondenzatorja [1]. ......................................................... - 20 -

Slika 4.1: Toplotna bilanca prenosnika ............................................................................... - 22 -

Slika 4.2: Gibanje toplotnih tokov ter površina prenosa toplote ......................................... - 22 -

Slika 4.3: Ogrevanje zraka z dimnimi plini ......................................................................... - 24 -

Slika 4.4: Prenos toplote preko stene notranjega plašča. ..................................................... - 24 -

Slika 4.5: Ogrevanje vode z dimnimi plini .......................................................................... - 28 -

Slika 4.6: Potek prenosa toplote skozi steno cevi ................................................................ - 28 -

Slika 4.7: Nastanek kondenzata na površini cevi ................................................................ - 30 -

Slika 5.1: Merilna shema ..................................................................................................... - 36 -


ix

KAZALO PREGLEDNIC

Preglednica 1: Dimenzije rebrastih cevi [10]. ....................................................................... - 7 -

Preglednica 2: Vrednosti toplotne prevodnosti snovi pri 20°C in atmosferskem tlaku [4] . - 16 -

Preglednica 3: Korelacija povprečnega Nusseltovega števila pri prisilni konvekciji na cev v

prečnem toku po Zukauskasu in Jakob[1]. .................................................................. - 26 -

Preglednica 4: Vrednosti C in karakteristična višina v za plastno kondenzacijo[4]. .......... - 31 -

Preglednica 5.1: Primerjava meritev z empiričnim preračunom ......................................... - 38 -


x

UPORABLJENI SIMBOLI

Pr – Prandtlovo število

Cp – specifična toplota

ρ – gostota fluida

λ – toplotna prevodnost

Re – Reynoldsovo število

v – hitrost fluida

ν - kinematična viskoznost dimnih plinov

- srednja temperatura dimnih plinov

– upor zaradi prestopa (konvekcije) iz dimnih plinov na steno cevi

– upor zaradi prevodnosti (kondukcije) skozi steno cevi

– upor zaradi prestopa (konvekcije) iz stene cevi na vodo

Rtot – skupna toplotna upornost

– toplotni tok

– izkoristek kondenzatorja

- kurilnost goriva

dinamična viskoznost


xi

UPORABLJENE KRATICE

AISI - American Iron & Steel Institute

CAD - ComputerAidedDesign

kW - kilovati

TP - toplotni prenosnik


- 1 -

1 UVOD

V sodobnem svetu prihaja do vse večjega vprašanja o smotrni rabi energije. Človek je postal

prevelik potrošnik, saj čezmerno izkorišča naravne vire, kot je rudarstvo, črpanje nafte,

zemeljskega plina ter gozdarstvo. V razvitih državah je industrija z okoli 50% porabe energije

glavni porabnik glede na celotno razpoložljivo energijo. Od tega je ocenjeno, da se približno

75% industrijske porabe porabi v obliki toplote. Medtem ko navadni porabniki največ

toplotne energije, kar 66% njihove porabe porabijo za ogrevanje prostorov, ter do 16%

sanitarne vode. Ostalih 19% pa porabijo za gospodinjske aparate, kuhanje, ter druge

porabnike električne energije. Te informacije povedo, da se pri tako veliki porabi ogromno

toplotne energije izgubi v okolje kot odvečna toplota, ki večinoma nastane pri zgorevanju

goriv. Vendar se lahko s pravimi ukrepi bistveno izboljša izkoriščenost toplotnih energij, zato

vse več organiziranih združb stremi k izboljšavami naprav, v katerih so prevelike izgube ter

predpisujejo vse večjo vlogo rednemu vzdrževanju [9,12].

Eden izmed večjih problemov poleg pomanjkanja energije je tudi onesnaževanje okolja s

strupenimi plini, ki v večji meri nastanejo zaradi zgorevanja različnih goriv. To se delno

odpravi s toplotnimi prenosniki, ki so zelo pomembne naprave in jih najdemo na vseh

področjih procesne tehnike in energetike. V osnovi so to tehnološke naprave, ki omogočajo

prenos toplote iz področja višje temperature na področje z nižjo temperaturo. Spodaj opisani

toplotni prenosnik dimnih plinov podjetja Evrovartrade d.o.o. je v osnovi namenjen

visokotemperaturnim klasičnim kotlom. Njegova funkcija je kondenziranje vodne pare

dimnih plinov na relativno hladni površini toplotnega izmenjevalca, ki pri tem odda

kondenzacijsko toploto grelni vodi v sistemu. Zaradi zmanjšanja temperatur dimnih plinov ter

posledično kondenziranja le teh se večino strupenih snovi izloči s kondenzatom, kar pomeni,

da smo zmanjšali izpuste škodljivih plinov in s tem bistveno pripomogli k čistejšemu okolju.

Omenjeni toplotni prenosnik ima vgrajen tudi povratni cevovod, kjer se del vročih plinov vrne

v peč in jo dodatno dogreva. S tem dosežemo boljši izkoristek peči, saj hitreje dobimo želeno

delavno temperaturo.

Podjetje Evrovartrade d.o.o. deluje že od leta 1994 in se ukvarja z vodovodno ter električno

inštalacijo, ogrevalno tehniko, obnovljivimi viri energije ter izdelavo lažjih konstrukcij. Poleg

tega ima lastno proizvodnjo, kjer izdeluje hranilnike toplote, hranilnike s termičnim

varovalom ter hidravlične kretnice. Podjetje stalno išče nove in enostavnejše rešitve, s


- 2 -

katerimi bi olajšali bivanje ter ugodje ljudi, zato ne gre spregledati razvoja toplotnega

prenosnika dimnih plinov, kateri je plod lastnega znanja in izkušenj [3].

Kondenzator dimnih plinov mora biti za dosego maksimalnih izkoristkov skrbno načrtovan,

dimenzioniran, preračunan, analiziran ter testiran. V nalogi bom predstavil postopek

konstruiranja kondenzatorja, naredil analizo preračuna ter ga še praktično testiral. Predstavil

bom dogajanje v prenosniku ter podrobneje opisal prenos toplote. Pri preračunu in

konstruiranju je bil največji poudarek na iskanju najenostavnejše in najugodnejše rešitve.

1.1 Cilji in namen diplomske naloge

Cilji diplomske naloge so:

analiza kondenzatorja dimnih plinov

konstruiranje in preračun kondenzatorja dimnih plinov

predstavitev kondenzatorja dimnih plinov

1.2 Opredelitev diplomskega dela

Izdelek nam prihrani energijo, saj se namesti na izhodno tuljavo iz peči, kjer izkorišča

odvečne dimne pline in s tem odvečno toploto, ki nastane pri zgorevanju različnih goriv. To

toploto nato porabimo za gretje sanitarne vode, ki se zbira v hranilniku toplote. Poleg tega ima

povratek vročega zraka v peč, kar peč dodatno segreva in ji tako nudi boljši izkoristek.

1.3 Struktura diplomskega dela

Diplomsko delo je sestavljeno iz dveh sklopov. V prvem delu na podlagi preučevane

strokovne literature preučim definicije toplotnih prenosnikov. Sledi podroben opis poteka

prenosa toplote v prenosniku ter vpliv vodnih tokov na delovanje toplotnega prenosnika. V

okviru sistematične obdelave dejstev sem se naslonil na domačo in tujo literaturo, kjer večji

vir literature predstavljajo članki iz tujih revij. V drugem delu sem za zbiranje podatkov in

ugotavljanje obstoječega stanja kot inštrument raziskovanja uporabil merilne naprave na

posameznih delih kondenzatorja. Podatke sem dobil tudi na podlagi preračunov in opazovanj.

Diplomsko delo je sklenjeno s sklepnimi ugotovitvami. Delo je končano z navedbo literature

in virov.


- 3 -

2 UVOD V TOPLOTNI PRENOSNIK

Toplotni prenosniki so tehnološke naprave, v katerih se vrši prenos toplote iz toplega toka

snovi na hladen tok snovi. Najučinkovitejši prenos se izvaja ob neposrednem stiku snovi,

vendar je ta izvedljiv le če so snovi medsebojno netopne in nereaktivne (npr. kapljevina - plin,

trdni delci - kapljevina). Izbira prenosnika ni odvisna le od agregatnega stanja snovi, temveč

tudi od delovnega tlaka, delovne temperature, značilnosti delovnih tekočin, končne

temperaturne razlike, tlačnih izgub, velikosti prenosnika ter trdnostnih zahtev.

V večini izvedb prenosnikov se prenos toplote vrši posredno preko vmesne pregrade (cevna

stena ali plošča) ali neposredno med fazama. V praksi so toplotni prenosniki namenjeni

širokemu krogu uporabe, od gretja in klimatskih sistemov v gospodinjstvu do kemijskih

procesov ter proizvodnji energije v velikih obratih. V avtomobilski klimi npr. prenos toplote

poteka tako, da se energija prenese iz mrzle vode, ki se pretaka po cevkah, na zrak, ki piha

skozi tanke ploščice katere so pritrjene na cevke. Posledično se avtomobilska kabina, v katero

imamo usmerjen klimatski ventilator, ohladi ter s tem poveča ugodje. Prenosnike srečujemo

na vseh področjih procesne tehnike in energetskega strojništva ter jim predpisujemo zelo

pomembno vlogo. Najpogostejši toplotni prenosnik s cevnim snopom in plaščem po katerem

se protitočno pretaka voda predstavlja kar 60% vseh prenosnikov toplote nasploh [1,9].

Slika 2.1: Protitočni toplotni prenosnik[9]


- 4 -

2.1 Definiranje prenosnika dimnih plinov

Kar nekaj kriterijev je pogojenih za pravilno izbiro toplotnega prenosnika, ne gledamo le na

funkcionalnost, temveč tudi kapitalski strošek, skratka, gledati moramo, da bo kar se da

zadovoljiv našim potrebam.

Kondenzator dimnih plinov uvrščamo glede na režim toka, med protitočne prenosnike.

Navadno so sestavljeni iz dvojne cevi različnih premerov po katerih se tekočini ločeno

pretakata. Medtem ko se pri kondenzatorju protitočno pretakata voda-plin ter ni sestavljen iz

dvojne cevi, temveč notranje cevi ter plašča. Prenos energije poteka preko cevne stene ali

pregrade, kjer toplejša tekočina odda toploto, hladnejša pa jo istočasno sprejema. Glede na

režim toka v isto skupino uvrščamo še prenosnike s sotočnim ter s prečnim tokom na cev.[9]

Slika 2.2: Sotočni(a) in protitočni(b) režim toka v cevnem prenosniku[1]

Pomembno je agregatno stanje delovne tekočine, saj je od tega odvisna že sama konstrukcija

prenosnika. Ker imamo v našem primeru plin-kapljevina in ker se v plinu nahaja žveplo ter

druge oksidativne snovi, smo morali za izdelavo prenosnika uporabiti visokokakovostne

nerjavne materiale. V praktični uporabi so še kombinacije kapljevina-para, kapljevina-

kapljevina ter več faz.


- 5 -

3 TEORETIČNA ANALIZA TOPLOTNEGA PRENOSNIKA

DIMNIH PLINOV

V nadaljevanju si bomo ogledali teoretične osnove, ki jih bomo kasneje uporabili pri

konstruiranju kombiniranega prenosnika dimnih plinov.

3.1 Sestavni deli toplotnega prenosnika

Ker se po cevi prenosnika pretaka voda ga lahko imenujemo vodnocevni prenosnik. V našem

primeru je voda greti medij, medtem ko za grelni medij uporabljamo dimne pline.

Prenosnik je sestavljen iz naslednjih elementov: 1-tuljava (cev v dimnik), 2-rebrasti cevni

ovoji, 2a, 2b–cevna priključka, 3,4–notranje in zunanje ohišje, 6,7-odprtine (skozi njih

potujejo dimni plini), 8-izhod ogrevanega zraka povratno na peč, 9-odvod kondenzata, 10-

luknje za dotok svežega zraka,14-zaslonka (prisilno usmerja smer gibanja plinov). 16-prečna

pregrada, 18- vrtljivi zatič

Slika 3.1: Pogled na kombinirani prenosnik dimnih plinov v prerezu v smeri A-A


- 6 -

Slika 3.2: Kombinirani prenosnik dimnih plinov po izumu iz zadnje strani.

Slika 3.3: Kombinirani prenosnik dimnih plinov po izumu iz sprednje strani.


- 7 -

Rebrasti cevni ovoj

Eden izmed najpomembnejših delov kondenzatorja je narebrena cev oziroma površina prek

katere se vrši glavni del prenosa toplote. Cev je spiralno navita okoli dimne tuljave. Primerna

izbira materiala cevi močno vpliva na delovanje kondenzatorja, saj mora biti odporen proti

koroziji, visokim temperaturam, višjemu tlaku, obdržati dobre mehanske lastnosti ter imeti

dobro prevodnost. Izbrali smo material z oznako AISI 316L (nerjavno jeklo), ki vsebuje večjo

količino kroma kot običajno nerjavno jeklo AISI 304 ter s tem povečali odpornost proti

koroziji, ki nastane zaradi kondenziranja dimnih plinov v kondenzatorju.

Slika 3.4: rebrasta cev(a)[10] uporabljena kot navit rebrasti ovoj(b).

Preglednica 1: Dimenzije rebrastih cevi [10].

Površina in volumen rebraste cevi

DN ØD Ød Razmak

valov

Debelina

stene

Teža

Dolžina

raztegnjene

rebraste cevi

(1m)

Površina Volumen

[mm] [mm] [mm] [mm] [kg/m] [m] [m²/m] [l/m]

DN 18 21,6 17,9 5,0 0,26 0,17 1,28 0,0848 0,2717

DN 23 28,1 23,0 6,5 0,30 0,25 1,29 0,1114 0,4770

DN 25 33,0 26,5 7,1 0,30 0,32 1,41 0,1435 0,6550

DN 32 41,0 33,0 7,6 0,35 0,48 1,50 0,1899 1,0050

DN 50 61,0 51,0 9,4 0,40 0,84 1,53 0,2894 2,3390


- 8 -

Zaslonka

Preko vzvoda, ki je povezan z zaslonko(18), lahko ročno reguliramo pretok dimnih plinov, ki

potujejo skozi toplotni prenosnik v dimnik. Kadar je zaslonka obrnjena pod kotom 90°

oziroma vertikalno glede na srednjico kot zapora, se dimni plini prisilno gibljejo skozi reže na

vstopni strani(7) ter izstopa na režah(6) v dimnik. Če pa je obrnjena horizontalno, se dimni

plini prosto oziroma neovirano gibljejo skozi tuljavo v dimnik.

Slika 3.5: Zaslonka (14) za uravnavanje gibanja dimnih plinov ter odprtine (6,7) skozi katere

potekajo dimni plini.


- 9 -

Notranji ter zunanji plašč

Notranji plašč je nameščen okoli rebraste cevi in ima glavno funkcijo usmerjati dimne pline

skozi kondenzator, ter prenašanja njihove odvečne toplote preko stene na zrak, ki nato

predgreva peč. Plašč mora biti iz enakih nerjavnih materialov kot je rebrasta cev, saj mora biti

prav tako korozijsko ter visokotemperaturno odporen. V notranjem plašču je v spodnjem delu

nameščena odvodna cev kondenzata, ki je skozi zunanji plašč povezana s kanalizacijo ali ob

prevelikih količinah s čistilno napravo ki skrbi za nevtralizacijo kondenzata. Zaradi dragih

materialov se občutno poveča tudi cena prenosnika.

Slika 3.6: Notranji(a) ter zunanji(b) plašč kondenzatorja.

Zunanji plašč ima enostavno funkcijo zaščititi kondenzator pred morebitnimi tujki, ki bi

kakorkoli lahko vplivali na delovanje prenosnika. Sestava materiala ni tako pomembna kot pri

notranjem plašču, saj nima stikov z dimnimi plini, temveč le z zrakom. Uporabimo lahko

cenejše materiale, kot je pločevina.

Oba plašča sta narejena tako, da se v primeru čiščenja ali pregledov lahko razstavita, tako da

se na stiku plašča najprej odvijejo zatezni vijaki, ki v glavnem skrbijo za nepropustno

tesnjenje in kompaktnost kondenzatorja.


- 10 -

Odprtine za zrak

Okoliški zrak vstopa na sprednji strani(b) toplotnega prenosnika kjer so vidne majhne

luknjice. Te skrbijo, da se zrak kar najhitreje ter enakomerno porazdeli med plaščema. Med

pretakanjem zrak prejema toploto notranjega plašča ter izstopa na odvodnem delu zadaj skozi

tuljavo, ki je povezana s kotlom. Ogret zrak dovajamo v kotel, kjer prihaja do zgorevanja

goriva ter dodatnega predgrevanja kotla.

Slika 3.7: Vstopna (b) in izstopna(a) stran zraka.


- 11 -

Sestavljen kondenzator v delnem prerezu:

Slika 3.8: Kondenzator v delnem prerezu.


- 12 -

3.2 Delovanje prenosnika dimnih plinov

Kondenzator omogoča ohlajanje odvečnih dimnih plinov, ki prihajajo iz peči, vse do točke

rosišča, kjer začnejo kondenzirati na površini rebraste cevi. Temperatura plinov se zmanjša

zaradi oddane toplote na ogrevalni medij, ki je v našem primeru voda, ter preko notranjega

plašča na zrak, ki ga obdaja.

Slika 3.9: Potek gibanja plinov in tekočine v prenosniku toplote.

V notranjem plašču (3) je nameščena tuljava (1) z odprtinami (6,7) preko katerih prehajajo

dimni plini iz peči proti dimniku. V primeru, da je zaslonka (18) obrnjena vertikalno glede na

smer dimnih plinov, onemogoči prosti prehod plinov skozi tuljavo v dimnik saj so ovirano

(prisilno) usmerjeni skozi odprtine. Zaslonka je zasnovana tako, da se ročno regulira in je

postavljena na sredini tuljave. Tuljavo skozi celotno dolžino notranjega plašča obdaja cevni

narebreni ovoj (2), kateri je napolnjen z vodo in se pretaka preko priključkov (2a),(2b). Dimni

plini tako vstopajo preko odprtin 6 v prostor z rebrasto cevjo, kjer odda toploto ter izstopa

preko odprtin 7 v dimnik. Zaradi znižanja temperatur do meje rosišča, prihaja do kondenzacije

dimnih plinov, ki pa se enostavno odvaja preko cevi za odvod kondenzata, ki je nameščen na


- 13 -

spodnji strani notranjega plašča. Preko notranjega ohišja (3) je nameščen še zunanje ohišje

(4), tako da je med njima prazen prostor v katerem se pretaka zrak. Dovod svežega zraka v

kondenzator je izveden preko lukenj (10) na zgornji ploskvi ohišja (4). Zrak nato potuje skozi

prazen prostor med notranjim ohišjem (3) in zunanjim ohišjem (4) ter izstopa na tuljavi (8) za

izstop zraka do kurišča peči, kjer odda toploto kotlu in s tem poveča izkoristek.

Slika 3.10: Smer pretoka dimnih plinov in vode v kondenzatorju.

Za dodaten izkoristek so pomembni tudi rebrasti cevni ovoji, ki segreto vodo porabljajo za

dogrevanje sanitarne vode. Z odvzemom energije dimnih plinov znižamo njihovo temperaturo

tudi do 40°C. Zaradi zmanjšanja izhodnih temperatur in s tem izgub, posredno zmanjšujemo

tudi izpust okolju škodljivih plinov, saj pri delovanju kondenzatorja dimnih plinov, po izumu,

kondenzirajo tudi okolju škodljivi plini.


- 14 -

3.3 Načini prenosa toplote v kondenzatorju

Kondenzator spada med energetske naprave, za katere je značilno, da nimajo nobenega

odvoda ali dovoda mehanskega dela. Zaradi tega v mojem primeru obravnavam le prenašanje

energije (največ v obliki toplote) zaradi temperaturnih razlik v snovi ali med telesi iz višje

temperature na nižjo. V splošnem se toplota prenaša s tremi različnimi mehanizmi:

kondukcija, konvekcija in radiacija. Običajno je kombinacija dveh, pri čemer pogosto

prevladuje en sam[4].

Slika 3.11: Prenos toplote iz dimnih plinov na zrak(a) ter iz dimnih plinov na vodo(b).

Prenos toplote v kondenzatorju se hkrati vrši skozi dve steni:

prenos toplote dimnih plinov skozi notranji plašč na zunanji zrak (a)

ter prenos toplote dimnih plinov skozi rebrasto cev na vodo s tem, da se upošteva

vpliv prisilne konvekcije vode, zraka in dimnih plinov(b).

Prenos toplote z radiacijo zanemarimo, saj ne dosegamo velikih temperatur.

Sevanje toplote (radiacija)

Pri prenosu toplote obravnavamo termično sevanje, ki je oblika sevanja katero oddaja telo

zaradi njegove temperature. Vsako telo z temperaturo nad nič stopinj Celzija oddaja termično

sevanje. Od drugih se razlikuje po obliki sevanj, kot je oblika elektromagnetne radiacije npr:


- 15 -

gama žarki, radijsko valovanje, televizijsko valovanje, kateri niso vezani na temperaturo.

Značilno za radiacijo je, da je hitrejša kot hitrost svetlobe in se lahko vrši skozi prazen prostor

(vakuum), tako lahko energija sonca doseže zemljo [4].

Prestop (konvekcija)

Pojem konvekcija obravnava prenos toplote med določeno površino trdnega telesa in

tekočino, ki tako površino obdaja. Gre za prenašanje toplote z gibanjem makroskopskih

delcev, ki so toplejši, s hladnejšimi. Za njih veljajo zakonitosti prenosa, kateri je odvisen od

tekočinskih tokov oziroma hidromehanike.

Do gibanja lahko pride po naravni poti na osnovi gravitacije, ki je posledica gostote ter

temperature v tekočini. V tem primeru govorimo o naravni konvekciji(a). O prisilni

konvekciji govorimo takrat, ko tekočino prisilimo s pomočjo črpalk, mešali, ventilatorji ali

kakšen drugi način, da se giblje ob trdni površini. Zaradi vzbujalnih naprav, se prenosna snov

giblje hitreje kot pri naravni konvekciji ter s tem v istem času prenese več toplote.

Slika 3.12: Shema tokovnic pri (a) naravni (laminarni tok) in (b) prisilni konvekciji

(turbolentni tok)[1].

Prevod (kondukcija)

Je metoda prenašanja toplotne energije, ki je najbolj izražena v trdnih snoveh, čeprav se

pojavlja tudi v tekočinah in plinih. Snov je sestavljena iz atomov, molekul, ionov ter

elektronov, ki vibrirajo, rotirajo in se gibljejo premočrtno. Zaradi trkov se kinetična energija

prenaša iz območja višje temperature na območje nižje temperature. Kondukcija poteka v

snovi ali skozi stično površino dveh teles brez mešanja in tokov snovi. Zanjo pa je značilno,

da snov, ki prevaja toploto miruje[4].


- 16 -

Slika 3.13: Prevod toplote s kondukcijo [4].

V plinih, kjer so molekule precej oddaljene druga od druge, je toplotna prevodnost nizka in je

za večino plinov približno od 0,01 do 0,1 W/mK. V kapljevinah so manjše razdalje, kar veča

prevodnost in je od 0,1 do 0,3 W/mK z izjemo vode, amoniaka ter živega srebra, ki imajo

veliko večjo prevodnost. Največja prevodnost je v trdnih snoveh, ki se prenašajo z gibanjem

prostih elektronov ter vibracijami strukturne mreže. Prevodnost kovin doseže od 10 pa do

nekaj 100 W/mK. V preglednici 3.2. je navedenih nekaj vrednosti toplotne prevodnosti snovi

[4].

Preglednica 2: Vrednosti toplotne prevodnosti snovi pri 20°C in atmosferskem tlaku [4]


- 17 -

3.4 Vezava toplotnega prenosnika v sistem

Toplotni prenosnik se lahko veže na že obstoječ star ali nov sistem, pomembno je le dobro

poznavanje kotla. Kajti z montažo kondenzatorja v sistem lahko povzročimo ohladitev dimnih

plinov do te mere, da zaradi premajhnega vleka ne bomo odvajali dimnih plinov skozi dimno

tuljavo. Zato je v takšnih primerih potrebno dodatno vgraditi sesalni ventilator na koncu kotla

pred dimničnim izhodom, da zagotovimo potrebni vlek dimnih plinov.

Slika 3.14: Vezava kondenzatorja v sistem.

Glavne komponente sistema so: kotel, kondenzator ter dimnik. Pomembna je tudi vodna

črpalka in sesalni ventilator dimnih plinov, ki skrbita za prisilno gibanje fluida. Vgradnja

kondenzatorja je enostavna, saj je razmeroma majhen, velikost pa je odvisna od proizvedene

moči kotla. Veže se neposredno na tuljavo odvečnih dimnih plinov, katera je nameščena na

izhodu iz kotla v dimnik. V osnovi ima identično funkcijo kondenzacijskega kotla, kateri

izkorišča odvečno kondenzacijsko toploto dimnih plinov.


- 18 -

Slika 3.15: Shema vezave kondenzatorja v sistem

Kotel

Kotel je napajalnik celotnega sistema kateremu mora zagotoviti zahtevano energijo. Kotle

glede na temperaturni režim ločimo na visokotemperaturne ter nizkotemperaturne. Za

normalno obratovanje toplotnega prenosnika so primerni visokotemperaturni kotli, ki

dosegajo obratovalne temperaturne režime med (90/70 °C, 85/65 °C) z izhodno temperaturo

dimnih plinov od 160 °C do 240 °C. Temperatura dimnih plinov v kotlu je namensko nad

mejo rosišča, saj bi v obratnem primeru lahko prišlo do kondenzacije vlage dimnih plinov na

hladnih stenah kotla ter s tem do nastanka korozije. Ta najeda površino kotlovne stene kar

močno zmanjša življenjsko dobo kotla. Medtem ko je v prenosniku zaželena kondenzacija

dimnih plinov, saj se s tem občutno poveča prenos toplote ter odvod nečistoče skozi

kondenzat. Z vgradnjo kondenzatorja na peč izdelamo tako rekoč kondenzacijski kotel, kot je

prikazano na spodnji sliki, le da se v našem primeru deli na dva samostojna dela. Velika

prednost kondenzatorja je, da se lahko veže na katerokoli že obstoječo peč. V tem primeru ni

potrebno na novo kupovati kotla ali narediti kakšen večji poseg. [5,6,7].


- 19 -

Slika 3.16: Shematski prerez kondenzacijskega kotla[8].

Dimnik

Je sestavni del ogrevalnega sistema z nalogo odvajanja ter zagotavljanje vleka dimnih plinov.

Večja kot je temperaturna razlika dimnih plinov ter okoliškega zraka, večji je vlek, saj je že

splošno znano, da so plini, ki imajo višjo temperaturo lažji in se dvigajo. Na koristni vlek

vpliva razlika specifične gostote dimnih plinov in okoliškega zraka ter višina dimnika. Pri

vgradnji kondenzatorja v sistem moramo obvezno obnoviti ali zamenjati dimnik, saj mora biti

odporen na vlago ter biti vodotesen, da kondenzat ne izteka na prosto. Kondenzat v dimniku

nastaja, ker se dimni plini pri dviganju skozi dimnik ohlajajo ter tako dosegajo dovolj nizke

temperature, da kondenzirajo. Zato je nujno potrebna vgradnja dimne tuljave iz korozivno

odpornih materialov, kot je keramika, nerjavno jeklo, aluminij, steklo in specialne plastične

cevi. V nasprotnem primeru lahko pride do poškodb dimnika [11].


- 20 -

Slika 3.17: Pravilna vgradnja dimne tuljave v dimnik [2].

Kombinirani toplotni prenosnik

Slika 3.18: CAD model končnega kondenzatorja.


- 21 -

4 PRERAČUN KONDENZATORJA

V tem poglavju na podlagi računov praktično predstavimo kombinirani toplotni prenosnik. Pri

preračunavanju si bomo pomagali s programom Microsoft Excel.

4.1 Vhodni podatki

Podane imamo naslednje vhodne podatke:

Temperatura dimnih plinov: 190°C

Temperatura vode: 20°C

Temperatura zraka: 20°C

Hitrost vode: 0,7 m/s

Hitrost dimnih plinov: 1,85 m/s

Hitrost zraka: 0,14 m/s

Premer dimne tuljave: 0,160 m

Premer odprtine za zrak: 0,075 m

Premer rebraste cevi: 0,033m

Dolžina rebraste cevi: 21m


- 22 -

4.2 Toplotna bilanca prenosnika

Prvi zakon termodinamike pravi, da je sprememba notranje energije sistema med potekom

enaka razliki med celotno vstopno in izstopno energijo.

(4.1)

(4.2)

(4.3)

Slika 4.1: Toplotna bilanca prenosnika

Slika 4.2: Gibanje toplotnih tokov ter površina prenosa toplote


- 23 -

(4.4)

(4.5)

(4.6)

(4.7)

Iz kondenzacije dimnih plinov, lahko pridobimo maksimalno 3764W uporabne toplotne moči.

Dovedena toplota v kondenzator

Najprej pri okoliškem tlaku ter temperaturi 190°C izračunamo doveden toplotni tok. Iz

strojniškega priročnika določimo: [

].

(4.8)

(4.9)

(4.10)

[

]

[

]

Odveden toplotni tok iz kondenzatorja

Neizkoriščena toplota dimnih plinov odvedena iz kondenzatorja.

(4.11)


- 24 -

4.3 Empirični izračun toplotnega toka iz dimnih plinov na zrak

Slika 4.3: Ogrevanje zraka z dimnimi plini

Za okoliški zrak iz str. priročnika izberemo koeficient prestopnosti,

Slika 4.4: Prenos toplote preko stene notranjega plašča.


- 25 -

Temperatura dimnih plinov

Najprej izračunamo povprečno temperaturo dimnih plinov. Ugibamo, da se zaradi oddane

toplote izhodna temperatura dimnih plinov, zmanjša na 50°C

(4.12)

Za srednjo temperaturo dimnih plinov, podamo naslednje lastnosti: λ=0,032 W/mK, ρ=0,87

kg/m3, Cp=1026 J/kgK, ν=26∙10

-6 m

2/s

Izračunamo režim toka ter konvekcijo dimnih plinov

Režim toka dimnih plinov, določimo na podlagi Reynoldsovega števila. Če je Re < 2300 je

tok laminaren, Re > 10 000 je turbolenten, ali pa je v prehodnem območju 2300 < Re < 10

000.

(4.13)

Ker je Re > 10 000 je tok v turbolentnem območju. Ker obravnavamo prestop toplote, za

zvezo z koeficientom prestopa α uporabimo Nusseltovo število, ki sta ga podala Zukauskas in

Jakob v preglednici (4.1).

Izračunamo še Prandtlovo število:

(4.14)

[

]

[

]

[

]


- 26 -

Preglednica 3: Korelacija povprečnega Nusseltovega števila pri prisilni konvekciji na cev v

prečnem toku po Zukauskasu in Jakob[1].

Izračunamo povprečno Nusseltovo število:

(4.15)

Koeficient prisilne konvekcije izračunamo po naslednji enačbi:

(4.16)

Izračun upornosti

Izračun notranje ter zunanje površine notranjega plašča kondenzatorja

(4.17)

[

] (4.18)

[

] (4.19)

[

] (4.20)

[

] (4.21)

[

]

[

]


- 27 -

[

]

Toplotni tok prenesen iz dimnih plinov na zrak lahko izrazimo:

( )

(4.22)

Sedaj lahko izrazimo izhodno temperaturo ogrevanega zraka:

(4.23)

(4.24)

[

] (4.25)

(4.26)

Izhodna temperatura zraka se je segrela za 5,1°C.

Zaradi slabega prenosa toplote na zrak, se nam ne izplača izkoriščati ta del toplote, saj imamo

preveč stroškov z izdelavo. Poleg tega z zunanjim plaščem povečamo velikost prenosnika.

Predlagam, da se prenosnik pri odstranitvi zunanjega plašča le dodatno izolira, da zmanjšamo

izgube.


- 28 -

4.4 Empirični izračun toplotnega toka iz dimnih plinov na cev z vodo

Slika 4.5: Ogrevanje vode z dimnimi plini

Slika 4.6: Potek prenosa toplote skozi steno cevi


- 29 -

Izračun režima toka ter konvekcije za vodo

Temperatura vode

Da bi se najbolj približali dejanskemu stanju prenosnika moramo iz priročnika izpisati

lastnosti vode pri srednji temperaturi. Ker nas zanima izstopna temperatura vode jo bomo

poskušali uganiti in z njo izračunali srednjo temperaturo. Predvidevamo, da se bo izstopna

voda segrela za 30°C. Podana je vstopna temperatura vode. T1= 20°C Torej:

(4.26)

Sedaj lahko izračunamo srednjo temperaturo vode.

(4.27)

Nato iz str. priročnika pri srednji temperaturi 35°C odčitamo lastnosti vode: ν=0,746∙10-6

m2/s,

ρ=993,500 kg/m3, Cp=4179,000 J/kgK, λ= 0,620 W/mK.

Režim toka določimo na podlagi Reynoldsovega števila. Če je Re < 2300 je tok laminaren,

Re > 10 000 je turbolenten, ali pa je v prehodnem območju 2300 < Re < 10 000.

(4.28)

[

]

[

]

Izračunamo še Prandtlovo število:

(4.29)

Ugotovili smo da je režim toka turbolenten, zato lahko uporabimo nastavek Dittus-Boeltierja,

kateri je povezava z Prandtlovim, Reynolsovim in Nusseltovim številom

(4.30)


- 30 -

Toplotno prestopnost na steno izračunamo po naslednji enačbi:

(4.31)

[

]

Izračun kondenzacijskega koeficienta prestopnosti

Kondenzacija poteka kadar je temperatura dimnih plinov manjša od temperature nasičenja.

Navadno to poteka na stiku med nasičeno paro in hladnejšo površino. Takrat se na površino

cevi sprosti latentna toplota pare, kar je kasneje posledica za nastanek kondenzata. Zaradi

lažjega računanja upoštevamo plastno kondenzacijo.

Slika 4.7: Nastanek kondenzata na površini cevi

Kondenzator obratuje pri okoliškem tlaku 1,013 bar. Za gorivo uporabljamo kurilno olje za

katerega je podana meja rosišča dimnih plinov pri 43°C.

Izračunamo srednjo temperaturo kondenzata:

(4.32)

Nato iz strojniškega priročnika odčitamo lastnosti kondenzata (vode) pri 39°C. ρ = 992 kg/m3,

Cp = 4178 J/kgK, λ = 0,627 W/mK, ν = 0,658*10-6 m2/s, η = 6,53*10-4

Iz strojniškega priročnika odčitamo specifično entalpijo pare. Ter s Clapeyronovo enačbo

izračunamo uparjalno toploto (r).h``= , h`=


- 31 -

(4.33)

[

]

[

]

[

]

Z uporabo Nusseltovega izraza pri kondenzaciji z laminarno plastjo, izračunamo koeficient

toplotne prestopnosti dimnih plinov na cev.

(

)

(

)

(4.34)

[

]

Preglednica 4: Vrednosti C in karakteristična višina v za plastno kondenzacijo[4].

Izračun površine kondenziranja ter toplotnega toka kondenzacije

Podano imamo dolžino rebraste cevi 21m, vendar moramo upoštevati še površino reber, zato

iz preglednice 3.1 odčitamo dolžino raztegnjene cevi: Velja 1m rebraste cevi=1,41m

raztegnjene cevi.

(4.35)

Izračunamo notranjo in zunanjo površino cevi.


- 32 -

(4.36)

(4.37)

S pomočjo toplotne bilance izrazimo toplotni tok za vodo iz katerega bomo izračunali

površino kondenzata:

(4.38)

(4.39)

Sedaj izrazimo površino kondenzata iz kvadratne enačbe:

(4.40)

(4.41)

(4.42)

(4.43)

(4.44)

(4.45)

[

]

Izračunamo še preostalo površino cevi, na katero delujejo le dimni plini

(4.46)

(4.47)

Iz površine kondenzata izrazimo njegovo dolžino cevi.

(4.48)

(4.49)


- 33 -

Izračun upornosti pri prehodu toplote iz dimnih plinov na cev z vodo

[

] (4.50)

[

] (4.51)

[

] (4.52)

[

] (4.53)

[

] (4.54)

[

]

[

]

[

]

[

]

Izračun toplotnega toka iz dimnih plinov na cev z vodo

(4.55)

(4.56)

(4.57)

[

]


- 34 -

Izračunamo masni tok nastalega kondenzata

[

] [

] (4.58)

Pri 24 urnem obratovanju kotla bi nastalo približno 23 litrov kondenzata.

Podobno kot pri enačbi 4.21 izrazimo izhodno temperaturo ogrete vode:

(4.59)

(4.60)

(4.61)

V eni uri voda prejme:

(4.62)

(4.63)

Če bi s to vodo ogrevali 300 litrski zalogovnik vode, bi se v eni uri segrel za 10[°C]

(4.64)


- 35 -

4.5 Izračun povečanja teoretičnega izkoristka zaradi kondenzatorja

Izkoristek kondenzatorja izračunamo glede na oddano toplotno moč kotla. Ta toplota se

pridobi z zgorevanjem goriv. Slednje predpostavimo kar nazivno moč kotla. Upoštevamo da

je izkoristek 30 kW kotla η=88%.

Običajno se izračuna izkoristek kotla:

(4.65)

S kondenzatorjem pa izkoristek

(4.66)

Dobimo:

(4.67)

(

) (4.68)

Izkoristek kondenzatorja je povečal moč kotla za 11%.

Če v enem letu porabimo 1800l kurilnega olja po ceni 1€/l potem bi v tem primeru z vgradnjo

toplotnega prenosnika ki poveča izkoristek kotla za 11% , prihranili kar 220€ v enem letu.

(4.69)


- 36 -

5 OPIS MERITEV

Z opravljeni meritvami smo naredili primerjavo z empiričnim preračunom ter tako preverili

natančnost naših podatkov. Pomagali smo si z lasersko pištolo, s katero smo merili

temperature, pretok vode smo odčitali z že vgrajeno obtočno črpalko, hitrost dimnih plinov pa

smo izmerili z ročnim merilcem hitrosti pri čistilnih vratcih dimnika.

5.1 Namen meritev

Osnovni namen je bil določiti izhodiščno moč kondenzatorja ter njegov izkoristek glede na

kotel z 30 kW moči ter 88% izkoristkom. Za kotel s 30 kW moči smo dobili izkoristek

kondenzatorja 8,5%.

(5.1)

(

) (5.2)

5.2 Meritve

Dne 15.12.2012 so bile izvedene meritve na ogrevalnem sistemu z vgrajenim kondenzatorjem

dimnih plinov. Sistem je postavljen v Cerknici. Imenska moč peči je 30 KW in obratuje na

kurilno olje. Namen meritev je bil pridobiti podatke o delovanju kondenzatorja dimnih plinov.

Slika 5.1: Merilna shema


- 37 -

[

]

[

]

Temperaturo smo merili na vstopni (T3) in izstopni (T4) vodi kondenzatorja ter vstopnim

(T1) in izstopnim (T2) dimnim plinom. Temperaturo smo merili z lasersko pištolo, hitrost

dimnih plinov pa z ročnim merilnikom hitrosti. Za merjenje pretoka vode smo uporabili že

vgrajeno obtočno črpalko, kjer smo odčitali hitrost.

5.3 Rezultati meritev 30kW

Meritve kondenzatorja:

Vhodna temperatura dima:

Izhodna temperatura plinov: ]

Temperatura dimnih plinov se je zmanjšala za 112°C, kar je zelo veliko, glede na to, da ne

prihaja do kondenzacije dimnih plinov.

Vhodna temperatura vode:

Izhodna temperatura vode:

Hitrost pretoka vode:

Hitrost pretoka dimnih plinov: [

]

Dimni plini so oddali toploto na cev z vodo ter se ohladili za 112°C. Voda se je segrela za

6°C, kar je več kot smo pričakovali glede na to, da zaradi previsoke vstopne temperature

vode, ne prihaja do kondenzacije.


- 38 -

5.4 Primerjava izmerjenih rezultatov z empiričnim preračunom

Z izmerjenimi temperaturami lahko izračunamo toploto dimnih plinov.

Meritve:

(5.3)

(5.4)

(5.5)

Empirični izračun:

Opazili smo, da je uporabne toplote pri merjenemu prenosniku za kar 1kW manj kot pri

empiričnem izračunu in temu primeren izkoristek 8,5%. Vendar je kljub manjšemu oddanemu

toku dimnih plinov na cev z vodo, temperatura vode segrela za kar 6°C. Sklepamo lahko, da

je do odstopanj prišlo zaradi manjšega pretoka vode pri meritvah.

Preglednica 5.1: Primerjava meritev z empiričnim preračunom

empirični izračun meritve

povečanje izkoristka kotla 11% 8,50%

Uporabna toplota 3764W 2910W


- 39 -

6 SKLEP

Vse več ljudi se zaveda, da je ogrevanje stanovanjskih prostorov največji porabnik energije, ki

jo proizvedemo z zgorevanjem fosilnih goriv kot je nafta, kurilno olje ter les v kotlu. Že iz

ekonomičnega vidika se raje odločajo za peči na drva, saj se cene nafte in zemeljskega plina

neprestano povečujejo. Spet drugi se odločajo za bolj ekonomične posege, kot je menjava

starega kotla z nizkotemperaturnim kondenzacijskim kotlom, v katerih se dodatno izkorišča

latentna toplota dimnih plinov.

Kondenzator podjetja Evrovartrade d.o.o. nam ponuja rešitev za boljši izkoristek

visokotemperaturnega kotla z vgradnjo kondenzatorja na izhodno tuljavo peči. Tako smo

glede na funkcionalnost dejansko ustvarili kondenzacijski kotel, saj tukaj prav tako

izkoriščamo latentno toploto dimnih plinov. Z empiričnim preračunom smo na podlagi

predvidenih temperatur izračunali približen izkoristek kondenzatorja glede na peč, ki smo ga

primerjali z dejanskimi meritvami. Preračun nam prikaže okvirno sliko prenosa toplote ter

nam za lažjo orientacijo poda neke primerjalne koeficiente prestopnosti. Ugotovili smo, da je

prestopnost na strani kondenzata kar 900 krat večja kot prestopnost na strani plinov, zato je

površina kondenziranja izredno majhna. Z empiričnim izračunom najlažje razložimo

dogajanje v prenosniku in je odlična smernica za dokazovanje ustreznosti meritev. S

približnimi izračuni smo ugotovili, da je prenos toplote iz dimnih plinov na zrak premajhen za

izkoriščanje toplote glede na stroške, ki jih imamo pri sami izdelavi. Zato sem predlagal, da se

toplotni prenosnik (TP) izdela brez zunanjega plašča, saj bomo s tem bistveno zmanjšali

stroške izdelave ter njegovo velikost. Vendar lahko kljub temu pride do velikih odstopanj od

dejanskih meritev, saj empirični preračun temelji na predvidenih temperaturah. Z

opravljenimi meritvami smo s predhodnim razumevanjem delovanja prenosnika ugotovili, da

je vstopna temperatura vode v kondenzator prevelika. Dosega temperature nad mejo rosišča,

kar posledično pomeni, da v TP ne prihaja do kondenziranja dimnih plinov. Posledično se ne

izkoristi vsa latentna toplota dimnih plinov za ogrevanje vode v rebrasti cevi, temveč dimni

plini izstopajo iz kondenzatorja z višjo temperaturo. Vzrok za tako visoko vstopno

temperaturo dimnih plinov se skriva v napačni vezavi kondenzatorja v sistem. V sistem je

vključen tudi zalogovnik toplote, ki ima funkcijo shranjevanja tople vode. Problem je nastal,

ker je bila temperatura vode v hranilniku toplote previsoka. Da bi ustrezno opravili meritve, bi

morali cel sistem ohladiti na sobno temperaturo, s tem pa ne bi več ogrevali sobnih prostorov,


- 40 -

kar pa v zimskem času za našega porabnika ni sprejemljivo. Prav tako nismo izmerili

temperatur zraka, ker je merjeni kondenzator brez zunanjega plašča, ki bi omogočal

izkoriščanje ogretega zraka.

Meritve so pokazale, da z vgradnjo TP v sistem povečamo izkoristek kotla za 8,5%

kljub temu, da nismo izkoristili kondenzacijske toplote. V prihodnosti je potrebno pri vezavi

TP v sistem paziti, da v kondenzator vstopa voda z manjšo konstantno temperaturo od rosišča

dimnih plinov, da zagotovimo normalno obratovanje kondenzatorja. Ker je patentni izdelek še

vedno v razvojni fazi so takšna spoznanja še kako pomembna ter priporočljiva za nadaljnji

razvoj, da se odpravi čim več pomanjkljivosti.

Menim, da sem namen diplomske naloge dosegel, saj sem z empiričnim preračunom ter

konstruiranjem prenosnika uspešno predstavil njegovo delovanje ter izračunal izkoristek le

tega. Med samim delom sem se tudi veliko naučil, glede delovanja ter konstruiranja

prenosnikov toplote.


- 41 -

SEZNAM UPORABLJENIH VIROV

[1] Cengel Yunus A. Heat Transfer: A Practical Approach. New York: McGraw-Hill, 2003.

[2] Dimnik [svetovni splet]. Instalater. Dostopno na WWW:

http://www.instalater.si/clanek/90/Dimnik%C5%BE [2.1.2013].

[3] Evrovartrade d.o.o. [svetovni splet]. Evrovartrade d.o.o. Dostopno na WWW:

http://www.evrovartrade.si/slo/stran.php?2 [7.8.2012].

[4] Goričanec Darko, Črepinšek- Biluš Lucija. Prenos toplote. Maribor: Fakulteta za kemijo

in kemijsko tehnologijo, 2008.

[5] Grobovšek Bojan. Efektivno koriščenje kondenzacijske toplote pri ogrevalnih kotlih

[svetovni splet]. Ptuj: ZRMK. Dostopno na WWW: http://gcs.gi-

zrmk.si/Svetovanje/Clanki/Grobovsek/PT74.htm [3.11.2012].

[6] Grobovšek Bojan. Izbira ogrevalnega sistema pri novogradnjah in adaptacijah hiš

[svetovni splet]. Ptuj: ZRMK. Dostopno na WWW: http://gcs.gi-


[7] Grobovšek Bojan. Toplotne izgube in izkoristek pri ogrevalnih kotlih. [svetovni splet].

Ptuj: ZRMK. Dostopno na WWW: http://gcs.gi-


[8] Malovrh Matjaž, Praznik Miha. Nizkotemperaturni in kondenzacijski kotli. [svetovni

splet]. Ptuj: ZRMK. Dostopno na WWW: http://gcs.gi-

zrmk.si/Svetovanje/Publikacije.URE/URE1-06.htm [2.1.2013].

[9] Marn Jure, Bašič Sanib. Vzdrževanje prenosnikov toplote. Maribor: Fakulteta za

strojništvo Maribor, 2003.

[10] Pressure drop [svetovni splet]. AZ Pokorny. Dostopno na WWW: http://www.az-

pokorny.cz/files/?dirpath=./English&order=0&lang=en [10.10.2012].

[11] Rotnik Karmen, Praznik Miha. Dimniki [svetovni splet]. Ljubljana. Dostopno na

WWW: http://gcs.gi-zrmk.si/Svetovanje/Publikacije.URE/URE1-14.htm [2.10.2012].

[12] Mateja Kegel. Slovenci največ energije porabimo za ogrevanje [svetovni

splet].Ljubljana. Dostopno na: http://www.peg-online.net/slovenci-najvec-energije-

porabimo-za-ogrevanje-si [12.1.2013]

Documents

UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO