Grzejnik dyfuzyjny

Grzejnik dyfuzyjny – układ izochoryczny stanowiący element centralnego ogrzewania w instalacjach grzewczych w budynkach, stosowany jako forma ogrzewania płaszczyznowego.

Budowa grzejnika dyfuzyjnego

Grzejnik podtynkowy (dyfuzyjny) jest w całości wykonany z aluminium, składa się z kolektora wodnego będącego jednocześnie komorą sprężania dla czynnika aktywnego radiatora oraz trzech rdzeni splątanych cięto-ciągnioną siatką Ledóchowskiego. Elementy składowe wykonane są w procesie ciągnienia jako profile aluminiowe. Część hydrauliczną grzejnika, stanowi tylko rura o średnicy 9mm przez którą przepływa woda. Prosta budowa i brak ruchomych części, czyni układ praktycznie bezawaryjnym, a zastosowany materiał gwarantuje długoletnią trwałość.

Działanie grzejnika dyfuzyjnego

Woda lub inna substancja grzewcza z centralnego systemu ogrzewania przepływając przez kolektor wodny oddaje energię cieplną do układu radiatorów, które transportują ją bez użycia energii zewnętrznej i za pomocą aluminiowej siatki rozprowadzają pod tynkiem. To modelowy przykład najlepszego wykorzystania potencjału cieplnego różnych stanów skupienia. Do transportu poziomego wykorzystana jest (woda) ciecz (stosunkowo małe opory, względnie dobra kumulacja ciepła i dyfuzyjność), do transportu pionowego (radiator) gaz (brak oporów, duża dyfuzyjność), a do kumulacji ciepła (tynk) ciało stałe (duża akumulacja energii cieplnej, mała dyfuzyjność).

Grzejnik dyfuzyjny poprzez przemianę izochoryczną w procesie termodynamicznym uzyskuje doskonałe efekty pionowego i poziomego transportu ciepła bez użycia dodatkowej energii zewnętrznej (wspomagania mechanicznego). Swoją wysoką sprawność i równomierny rozkład temperatur, grzejnik zawdzięcza wewnętrznej przemianie adiabatycznej, która jest wielokrotnie szybsza od procesu wymiany ciepła z otoczeniem za pomocą procesu przewodzenia. Niskie opory hydrauliczne (krótki transport, równy przepływ, połączenie szeregowe) oraz łatwość montażu otwierają drogę do popularyzacji zdrowego i eksploatacyjnie ekonomicznie uzasadnionego nowoczesnego ogrzewania ściennego. System zaprojektowany jest tak, aby zapewnił całkowite bezpieczeństwo układowi hydraulicznemu, który nie bierze udziału w transporcie ciepła pod tynkiem. Uszkodzenie rdzeni radiatora nie uszkadza systemu grzewczego, nie wywołuje przecieków hydraulicznych. Grzejnik dyfuzyjny nie posiada przeciwwskazań przy kolizjach ze ściennymi instalacjami elektrycznymi.

Zakres pracy temperaturowej

Zdolność grzejnika dyfuzyjnego do transportu ciepła zależy przede wszystkim od termodynamicznych i termo-fizycznych własności czynnika aktywnego radiatora. Praca radiatora jest możliwa w przedziale temperatur wyznaczonym z jednej strony punktem potrójnym, z drugiej punktem krytycznym zastosowanego czynnika. Nieskończona ilość procesów czynnika aktywnego wynika z pracy w układzie zamkniętym i wiąże się bezpośrednio z pierwszą zasadą termodynamiki. Radiator nie wymienia masy z otoczeniem a jedynie energie.

Zmiana energii wewnętrznej układu zamkniętego jest równa energii, która przepływa przez jego granice na sposób ciepła i pracy.

$\Delta U=Q+W,$

gdzie:

$\Delta U$ – zmiana energii wewnętrznej układu,

$Q$ – energia przekazana do układu jako ciepło,

$W$ – praca wykonana na układzie.

Układ samoregulacji

Grzejnik dyfuzyjny może być wyposażony w wewnętrzny zawór dławiący dzięki czemu może regulować i ograniczać przepływ energii cieplnej, aby temperatura rdzeni bez względu na temperaturę przepływającej przez kolektor cieczy nigdy nie przekroczyła żądanej wartości. Powstanie wtedy wymiennik cieplny typu woda – gaz z ograniczeniem temperaturowym na części gazowej (radiatora).

Układ może rozróżniać położenie pionowe oraz poziome i uzależniać przepływ temperatur od własnej pozycji. Warunkuje to jedynie konstrukcja układu, właściwości fizyczne czynnika i umiejętny dobór wzajemnych zależności.

Historia grzejnika dyfuzyjnego

Budowa radiatora wykonana jest w oparciu o rozwiniętą formę rurki ciepła (potocznie zwanej „nadprzewodnikiem” lub termosyfonem) znaną już od roku 1942. Nowością jest jednak wykorzystanie jej na skalę przemysłową w centralnym ogrzewaniu jako formę ogrzewania ściennego, notabene znanego od IV wieku p.n.e. (hypokaustum).

Początkowo wykorzystywane były tylko w projektach NASA. Jednak największą popularność uzyskały wraz z rozwojem Doliny Krzemowej w układach elektronicznych jako idealna forma odprowadzania ciepła z coraz mniejszych urządzeń. Cechy charakterystyczne to: małe rozmiary, samoregulacja, duża efektywność, brak części ruchomych, bezawaryjność.

Bibliografia

• G.F. Hewitt: Heat Transfer 1994: Proceedings of the Tenth International Heat Transfer Conference Brighton, U. K.. CRC Press, 1994. ISBN 1-56032-334-5. (ang.).brak strony w książce
• Ryan McGlen, David Reay, Peter Kew: Heat Pipes, Fifth Edition: Theory, Design and Applications. Butterworth-Heinemann, 2006. ISBN 0-7506-6754-0. (ang.).brak strony w książce