Lämmönvaihtimien suunnittelussa oikean materiaalin valitseminen putkille on välttämätöntä sekä tehokkuuden että kestävyyden saavuttamiseksi. Yleisimmin käytettyjä materiaaleja ovat ruostumaton teräs, kupari ja alumiini, jokaisella on oma etu ja haittoja lämmönsiirron suorituskyvyn suhteen. Näiden materiaalien vertailun ymmärtäminen voi tarjota keskeisiä näkemyksiä lämmönvaihtimien suunnittelusta, jotka maksimoivat lämmönsiirron samalla kun varmistavat pitkäikäisyyden ja minimoimaan kustannukset.
Ruostumattomasta teräksestä valmistetut putket lämmönvaihtimille tunnetaan poikkeuksellisesta lujuudestaan, korroosionkestävyydestään ja monipuolisuudestaan. Vaikka niillä on alhaisempi lämmönjohtavuus verrattuna kupariin tai alumiiniin, ne tarjoavat etuja, jotka tekevät niistä ihanteellisia moniin lämmönvaihtimen sovelluksiin. Ruostumattoman teräksen alhaisempi lämmönjohtavuus - noin 15 W/m · K - tarkoittaa, että se ei siirrä lämpöä niin tehokkaasti kuin kupari, jolla on johtavuus noin 400 paino/m · K tai alumiini, joka on tyypillisesti noin 200 paino/m · K. Lämmönsiirtotehokkuuden eroa voidaan kuitenkin usein korvata muut tekijät, kuten materiaalin kestävyys ja sen kyvyttömyys kestää ankaria ympäristöjä. Ruostumaton teräs sopii erityisesti ympäristöihin, joissa lämmönvaihdin altistuu aggressiivisille nesteille, korkeille paineille tai äärimmäisille lämpötiloille, jotka saattavat aiheuttaa muiden materiaalien hajoamisen ajan myötä.
Esimerkiksi teollisuudenaloilla, kuten kemiallisen prosessoinnin tai meren sovellusten, joissa korroosio suoloista tai kemikaaleista on jatkuva huolenaihe, ruostumattomasta teräksestä valmistettu korroosionkestävyys tekee siitä valittujen materiaalien. Toisin kuin kupari ja alumiini, jotka voivat syövyttää tietyille kemikaaleille tai merivedelle altistuneina, ruostumattomasta teräksestä valmistetun passivointikerroksen on luonnollisen ruosteen kestävyyden, pidentäen lämmönvaihtimen elinikäistä. Tämä joustavuus tarkoittaa, että vaikka lämmönsiirtotehokkuus olisi hiukan alhaisempi, järjestelmän pitkäikäisyys ja luotettavuus tekevät siitä kannattavan valinnan näissä ympäristöissä.
Vaikka kupari ja alumiini ylittävät ruostumattoman teräksen lämmönjohtavuuden suhteen, ne eivät ole rajoituksia. Copperin erinomaiset lämmönsiirtoominaisuudet tekevät siitä ilmeisen valinnan sovelluksille, joissa lämmönvaihtotehokkuus on ehdoton prioriteetti, kuten jäähdytysjärjestelmissä tai lämmön talteenottojärjestelmissä. Kuparin herkkyys korroosiolle, etenkin happamassa tai suuren nopeuden ympäristössä, rajoittaa kuitenkin sen käyttöä. Toisaalta alumiini on kevyempi ja tarjoaa myös hyvän lämmönjohtavuuden. Sitä käytetään usein järjestelmissä, joissa paino on kriittinen tekijä, kuten autojen tai ilmailualan lämmönvaihtimissa. Alumiini on kuitenkin alttiimpi hapettumiselle, mikä voi johtaa suorituskykyyn, jos sitä ei ole käsitelty oikein.
Vertaamalla näitä materiaaleja lämmönvaihtimen suunnittelun suhteen valinta riippuu usein lämmönjohtavuuden, mekaanisten ominaisuuksien ja ympäristövastuksen tasapainosta. Kupari tai alumiini voi tuntua ilmeisiltä valinnoilta malleissa, jotka priorisoivat lämpötehokkuuden ennen kaikkea. Ruostumattoman teräksen kyky kestää korkeat lämpötilat, aggressiiviset kemikaalit ja fysikaalinen kuluminen tarkoittaa kuitenkin sitä, että sitä suositellaan usein teollisissa sovelluksissa, joissa kestävyys- ja ylläpitokustannukset ovat kriittisiä huolenaiheita. Lisäksi ruostumattoman teräksen hiukan pienempi lämmönsiirtotehokkuus voidaan kompensoida optimoimalla lämmönvaihtimen suunnittelu - kuten putkien pinta -alan lisääminen tai useiden nesteen kulkujen käyttäminen - havaitseminen, että suorituskyky pysyy korkealla huolimatta materiaalin johtavuuden haitosta.
Putken paksuudella, pinnan viimeistelyllä ja kokoonpanolla on myös merkittäviä rooleja lämmönsiirtotehokkuudessa. Esimerkiksi ohuen seinäiset ruostumattomasta teräksestä valmistetut putket, joilla on sileä pinta, voivat auttaa parantamaan lämmönsiirtonopeuksia huolimatta materiaalin alhaisemmasta lämmönjohtavuudesta. Lisäksi monen putken tai suvaiden putken kokoonpanot voivat parantaa lämmönvaihtoa lisäämällä pinta-alaa, kompensoimalla edelleen ruostumattoman teräksen lämmönjohtavuusrajoituksia. Samoin, vaikka kupari ja alumiini voivat aluksi vaikuttaa tehokkaammilta niiden korkeamman lämmönjohtavuuden vuoksi, niiden suhteellisen korkeampi herkkyys korroosiolle voi johtaa useammin ylläpitämiseen ja korvaamiseen, mikä lisää lämmönvaihtimen yleisiä elinkaarikustannuksia.
Kun taas Ruostumattomasta teräksestä valmistetut putket lämmönvaihtimille eivät ole lämmönsiirtotehokkuuden johtajia kupariin ja alumiiniin verrattuna, niiden kestävyys, korroosiokestävyys ja kyky kestää äärimmäiset käyttöolosuhteet tekevät niistä erinomaisen valinnan monille teollisuuden lämmönvaihtimille. Oikean materiaalin valitseminen riippuu paitsi lämpötehokkuudesta, myös tekijöistä, kuten ympäristön altistumisesta, ylläpitojaksoista ja pitkäaikaisista kustannuksista. Pitkäikäisyyttä ja minimaalisia seisokkeja vaativille teollisuudelle ruostumattoman teräksen edut ovat usein suuremmat kuin sen alhaisempi lämmönjohtavuus, mikä johtaa luotettavaan, tehokkaaseen ja kustannustehokkaaseen lämmönvaihtimen ratkaisuun.
