Теплообменник для ГВС от отопления — виды и варианты установки

Наличие теплой воды — нормальное требование для комфортного существования. Вот только далеко не везде есть возможность подключиться к централизованному источнику горячей воды. В большинстве частных домов и в некоторых многоэтажках приходится заботиться об этом самостоятельно. Один из вариантов — использовать теплообменник для горячей воды от отопления. Во всяком случае, в отопительный сезон будете с горячей водой.

Принцип работы

Теплообменники для приготовления воды ГВС работают по бесконтактному принципу. Устройство их может быть разным, но принцип действия не отличается — работают они по принципу теплопередачи. Есть нагретый теплоноситель (в данном случае из системы отопления), который подается в трубы/каналы теплообменника. Горячий теплоноситель отдает часть тепла трубкам, по которым течет. По другим, параллельно расположенным каналам, течет вода, которую необходимо нагреть. Контактируя с нагретыми теплоносителем стенками, она нагревается. Именно так и работает теплообменник для горячей воды от отопления.

Принципиальная схема использования теплообменника для подготовки горячей воды от отопления

Чтобы нагрев был эффективным, теплообменник должен быть сделан из материала с высокой теплопроводностью. Обычно это металлы — медь, нержавеющая сталь. Медь — дорогой металл, но имеет отличную теплопроводность. Нержавеющая сталь хуже проводит тепло, но за счет прочности стенки могут быть очень тонкими, что делает такие теплообменники тоже эффективными.

Как использовать теплообменники для получения ГВС от отопления

Есть несколько возможностей нагревать воду для бытовых нужд при помощи теплообменника и отопления:

• Нагрев проточной воды. Недостаток — ограниченные возможности по расходу горячей воды, отсутствие запаса, сложность реализации поддержания стабильной температуры (надо организовывать узел подмеса или ставить контроллер). Достоинства — требуется мало места, малое количество компонентов.
• Нагрев воды в какой-то емкости. Теплообменник для горячей воды от отопления опускается в какую-то емкость, заполненную водой. По сути, это уже бойлер косвенного нагрева. Но в нем установлен теплообменник и подключается он к ГВС. Но речь сейчас не о них, так что не в этой статье.

Самый элементарный теплообменник — труба, по которой бежит теплоноситель

Виды теплообменников для горячей воды

Вообще, существует много конструкций теплообменников, так как они используются часто, в различных устройствах. Поговорим подробнее о наиболее доступных, надежных и эффективных. Для бытовых целей используются два вида:

• Пластинчатые (паянные или разборные).
• Кожухотрубные.

Теплообменник для горячей воды от отопления: в частном секторе используются два типа — пластинчатые (слева) и кожухотрубные (справа)

В них тепловые среды — теплоноситель от системы отопления и вода из ХВС (холодного водоснабжения) не смешиваются. Каналы, по которым они протекают, между собой никак не связаны. Поэтому при закачке на подогрев воды питьевого качества, такую же и получаем на выходе.

Пластинчатые

Пластинчатый теплообменник для горячей воды от отопления состоит из нескольких металлических пластин с выдавленными ходами. Собираются они в зеркальном отражении, так что получаются изолированные друг от друга каналы для циркуляции жидкостей. Пластины изготавливают методом штамповки из листового металла. Толщина — до 1 мм. Металл, как правило, нержавеющая антикоррозионная сталь, но есть и из титана, специальных сплавов.

Каналы на пластинах чаще всего делают в виде равносторонних треугольников с разными углами. Чем острее угол, тем быстрее движется жидкость, чем тупее, тем больше сопротивление и медленнее движение. По схеме движения сред по каналам, пластины бывают одноходовыми и многоходовыми. В первых направление движения сред не меняется от начала и до конца. Еще их отличительная особенность — среды движутся в противоток (для большей эффективности).

В многоходовых пластинчатых теплообменниках каналы расположены так, что среды меняют направление движения по нескольку раз. Строение у них более сложное, стоимость выше, но они способны отбирать максимум тепла (высокий КПД). В многоходовых теплообменниках можно добиться небольшой разницы в температурах обоих жидкостей.

По способу соединения бывают двух типов — разборными и паянными. Пластины разборных пластинчатых теплообменников соединяются при помощи специальных эластичных прокладок (из резины, фторопласта). Для обеспечения герметичности каналов, они стягиваются металлическими стержнями-стяжками. Для стабилизации в конструкции присутствуют две массивные плиты — неподвижная и подвижная. На неподвижной закреплены стержни, на них нанизываются пластины с ходами. Чем их больше, тем больше мощность, больше передаваемая теплота. Последней устанавливается подвижная пластина, на стяжки накручиваются гайки, зажимаются до герметичности каналов. Благодаря такой конструкции, эти теплообменники можно разобрать, прочистить, добавить или убрать пластины. И в этом достоинство этой конструкции. Недостаток — пластинчатый теплообменник для горячей воды от отопления имеет больший вес и размер (если сравнивать с паянными).

Два вида пластинчатых теплообменных устройств — паяный (слева) и разборной (справа)

Паянные пластинчатые теплообменники собираются на заводе. Нержавеющие пластины свариваются в аргонной среде, что позволяет избежать коррозии в местах сварки. Паянные пластинчатые теплообменники неразборные, в связи с чем могут возникнуть сложности с промывкой. Их преимущество — более компактные размеры и меньший вес, так как нет необходимости в стабилизирующих плитах.

У каждого теплообменника есть входы и выходы для подключения теплоносителя (от отопления) и воды. Эти выходы могут быть в виде фланца, трубы под сварку, резьбового соединения. Они позволяют подключить теплообменник для горячей воды от отопления к трубам любого типа.

Кожухотрубные

Кожухотрубные теплообменник для горячей воды от отопления проще по конструкции, но менее эффективны, из-за чего, для обеспечения необходимой температуры, должны иметь солидные размеры. Низкая эффективность, большие размеры и материалоемкость — это причины, по которым в быту они используются реже. Но их конструкция надежней — они выдерживают суровые условия эксплуатации. Так что в промышленности чаще применяется именно этот вид теплообменных агрегатов.

Кожухотрубные теплообменники представляют собой трубу-кожух, внутри которой уложены более мелкие трубки. Обычно это медные трубки, но могут быть и из другого материала, причем не только из металла.

Кожухотрубный теплообменник для ГВС — устройство и принцип работы

По тонким трубкам движется нагреваемая вода, которая подается затем в краны. Теплоноситель из системы отопления движется по пространству внутри кожуха, которое не занято трубками с подогреваемой водой. Направление движения — в противоток. Этим обеспечивается большая теплоотдача. Но стоит сказать, что общее КПД таких установок ниже, чем пластинчатых.

Схемы подключения

Кроме типа теплообменника, надо выбрать еще и способ его подключения. Есть несколько типовых схем. В любом случае, два выхода подключаются к отоплению, один — к холодному водоснабжению, один — к разводке горячей/подогретой воды.

Параллельная (стандартная)

В самом простом случае теплообменник для горячей воды от отопления подключают параллельно существующей системы. Такая схема проще всего в реализации, но для достаточного нагрева необходимо, чтобы теплоноситель двигался активно. То есть, обязательно в подаче теплоносителя наличие циркуляционного насоса. В системах с естественной циркуляцией такой тип установки малоэффективен.

Теплообменник для горячей воды от отопления: схема параллельного подключения

При монтаже, подача теплоносителя всегда подключается к верхнему патрубку, а обратка — к нижнему. При подключении воды ситуация противоположная — холодная вода подключается в нижний патрубок, гребенка горячей — к верхнему.

Схема обвязки теплообменника для ГВС от отопления

Простейшая схема обвязки содержит отсечные краны на всех четырех патрубках — для возможности отключения, чистки, технического обслуживания. Также на входе от отопления устанавливается грязевик — фильтр с мелкой сеткой. Так как зазоры в теплообменнике совсем небольшие, попадание окалины либо других загрязнений может вызвать закупорку каналов. Такой же фильтр желательно установить на вводе холодной воды — дольше будет работать оборудование.

Данную схему можно усовершенствовать, сделав рециркуляцию горячей воды в гребенке ГВС (закольцовывают после последней точки разбора). При таком построении, тепло неиспользуемой горячей воды не пропадает, а используется: вода из гребенки ГВС подмешивается к холодной воде из водопровода. На подогрев поступает уже не совсем холодная, а теплая. Теплообменник для горячей воды от отопления только доводит ее до требуемой температуры.

Обвязка с контуром рециркуляции ГВС

При разборе нагретой воды, на подогрев идет преимущественно вода из трубы холодного водоснабжения. Когда разбора нет, по кругу насос «гоняет» теплую, нагрузка на котел отопления совсем небольшая.

Управление температурой происходит при помощи датчика и регулирующего клапана, установленного на обратке (можно и на подачу поставить). Показания с датчика (температура воды в выходной ветке на ГВС) поступают на прибор управления. По результатам сравнения с выставленными данными, регулируется интенсивность потока теплоносителя, тем самым регулируется интенсивность нагрева.

Двухступенчатая

Всем хороши описанные выше схемы, кроме того, что для нагрева должен проходить большой поток теплоносителя. Иначе вода не успеет прогреться. Второй недостаток — приходится «заворачивать» поток теплоносителя из системы отопления. При большом расходе и недостаточной мощности отопительного котла, в холода могут быть заметны понижения температуры. Для более рационального использования тепла придумали двухступенчатую систему подключения теплообменников.

Один из вариантов двухступенчатого подключения теплообменников

В данном случае первичный нагрев идет от обратного трубопровода отопления. Тем самым более рационально используются энергоносители. Доводится температура до нормы при помощи повторного нагрева, но уже от теплоносителя, который идет на подачу. Подключить теплообменник для горячей воды от отопления можно параллельно — как на верхней схеме. Второй вариант представлен на нижней — в разрыв подающей трубы от системы отопления.

Вариант двухступенчатого нагрева

При использовании второй схемы, первичный нагрев происходит от обратки. Нагретая в этом теплообменнике вода подается на второй, установленный на подаче. Тут она доводится до нужной температуры и уходит потребителю.

Есть еще схема двуступенчатого нагрева с использованием тепла от рециркуляции горячей воды. В этом случае рационально используется тепло ранее нагретой воды.

Первичный нагрев — от рециркуляции горячей воды, окончательный — от системы отопления

При использовании любой из этих схем, нагрузка на котел значительно снижается. Утилизируется то тепло, которое раньше не использовалось. Тем самым эти схемы помогают экономить на энергоносителях.

Для нормальной работы теплообменника, подключенного по любой из схем, при монтаже необходимо соблюдать технологические требования. Обязательно соблюдение уклона труб ГВС в сторону точек разбора. Если трасса проходит над дверью, в высшей точке ставят воздухоотводчик. Кроме того, при длинной трассе, необходимы дополнительные автоматические или ручные устройства для сброса воздуха (воздухоотводчики). В противном случае могут быть проблемы с подачей воды.

Какие бывают теплообменники и бойлеры отопления

К числу ключевых элементов отопительной системы можно отнести такие агрегаты, как теплообменники для отопления, а также бойлер или водонагреватель. Бойлер – это емкость достаточно большого объема, под или в которой располагается источник тепла. Для нагревания воды может использоваться либо водяной, либо паровой теплообменник. Этот прибор оборудован специальным отопительным котлом, задача которого заключается в нагреве воды, циркулирующей в замкнутом пространстве. Такие устройства получили название водонагревателей (бойлеров) косвенного нагрева.

Типы теплообменников

Функции теплообменников для котлов достаточно многочисленны и важны, поскольку именно от данного прибора во многом зависит назначение и конструкция самого используемого котла. Кроме этого с помощью теплообменника холодный теплоноситель получает необходимый объем тепла от уже нагретого. Еще одна важная функция: устройство осуществляет передачу энергии тепла от теплоносителя к санитарной воде, а также от сгораемого газа непосредственно к теплоносителю.

В зависимости от способа передачи тепла жидкостям выделяют следующие виды теплообменников:

1. Первичный – передача энергии осуществляется от газа к теплоносителю;
2. Вторичный (водоводяной) – передача энергии осуществляется от жидкости к теплоносителю;
3. Битермический (совмещенный), особенностью которых является двойной обмен тепла от теплоносителя к воде и от газа к теплоносителю.

Первичный

Первичный теплообменник – это достаточно большая медная труба, которая изогнута в одной плоскости в виде змеевика. В этой же плоскости располагаются пластины различного размера, выполненные из меди. Для предотвращения появления ржавчины поверхность данного агрегата покрыта специальной защитной краской. Мощность первичного теплообменника для отопления в первую очередь зависит от количества ребер и длины трубы.

В большинстве случаев такие приборы обладают примерно одинаковым конструктивным решением, различия же заключаются в способе подключения трубы, в размерах самого теплообменника, а также его мощности. Стоит отметить, что процесс обмена теплом между теплоносителями может быть существенно затруднен в случае загрязнения копотью и грязью.

Не меньшее отрицательное влияние оказывают и отложения солей внутри самого агрегата, препятствующие прохождению воды через бойлер. Это является следствием нарушения циркуляции теплоносителя, а также уменьшения теплопроводности стен прибора. По этой причине необходимо в профилактических целях заниматься своевременным обслуживанием теплообменника для отопления дома, а также выполнять его промывку и очистку.

Специалисты рекомендуют вместе с теплообменником покупать также и фильтры, которые помогут справиться с лишними отложениями и увеличить срок их полезного использования.

Вторичные

Вторичные теплообменники (они также получили название теплообменники горячего водоснабжения – ГВС), отличаются специальными пластинами, которые соединены друг с другом. Данные пластины производятся из нержавеющей стали. Подобные приборы чаще всего устанавливаются в котлах Linea (Bongioanni), Mini kW, Major kW (Immergas), а также Micra 2 (Hermann).

Водоводяной прибор позволяет рассчитывать на необходимый теплообмен благодаря высокому уровню теплопроводности пластин, а также большой площади теплообмена. Таких показателей удается достичь даже несмотря на тот факт, что скорость потока носителя тепла достаточно велика.

Однако благодаря большой скорости практически полностью исключена вероятность появления солей и отложений на стенках. Благодаря некоторым особенностям конструкции, водоводяной теплообменник отличается особыми качествами. К примеру, от количества пластин напрямую зависит мощность и площадь теплообмена. Кроме этого, в остальных разновидностях теплообменников холодная вода и теплоноситель двигаются навстречу, тогда как здесь направление их движения полностью совпадает.

Битермические

Конструктивной особенностью данной группы приборов является наличие сразу двух контуров: горячего водоснабжения и отопления. Такие агрегаты используются в котлах Linea Isy (Bongioanni), Immergas Star kW (Immergas) и Hermann Habitat 2 (Hermann). Если говорить непосредственно о строении модели, то отметим, что она представлена так называемой «трубой в трубе» (коаксиальной). Кроме этого, присутствуют медные пластины, которые расположены на поверхности прибора.

Отличия

Наружная труба предназначена для циркуляции теплоносителя в системе отопления, тогда как внутренняя – для движения санитарной воды. В отопительном режиме функционирования сгораемые газы выделяют тепло, которое доставляется прямо к теплоносителю. Если же теплообменник функционирует в режиме горячего водоснабжения, то тепло сначала передается теплоносителю, после чего оно достается контуру.

Если используется битермический теплообменник для отопления дома, то отпадает необходимость в установке таких гидравлических отопительных агрегатах, как вторичный теплообменник и трехходовой клапан.

Это самым положительным образом сказывается на цене котла, к тому же существенно увеличивается надежность функционирования устройства.

Недостатки

Однако без некоторых недостатков также не обошлось. К примеру, несколько ограничена передача тепловой энергии в режиме ГСВ, что, соответственно, ведет к уменьшению объемов приготовляемой нагретой воды, если сравнивать с остальными разновидностями теплообменников для отопления. Еще одно ограничение – специалисты не советуют эксплуатировать данное устройство в тех регионах, где вода отличается повышенным содержанием жестких солей в своем составе. Причиной является более интенсивное и ускоренное отложение солей из-за достаточно чувствительного перепада температур в режиме горячего водоснабжения и отопления.

Также стоит отметить, что некоторые теплообменники отличаются увеличенной емкостью. Установка таких котлов ведется в отопительных котлах самого высокого класса — Eura (Hermann). Своим внешним видом они больше всего напоминают 6-8-литровый бойлер для отопления, который оборудован специальным медным змеевиком, расположенным по всему объему агрегата. Такие теплообменники получили название мини-бойлеров. По змеевику проходит контур теплоносителя, а через стенки – контур горячего водоснабжения.

Бойлеры косвенного нагрева

Если же говорить непосредственно о водонагревателях и электрических бойлерах, то стоит отметить, что наибольшей популярностью пользуются бойлеры косвенного нагрева. Может быть несколько основных источников нагрева теплоносителя – нагревательная газовая горелка, которая находится под бойлером, трубчатый электронагреватель внутри него, а также тепло системы отопления. Емкость, в которой осуществляется непосредственно процесс нагревания, с внешней стороны защищена специальным кожухом, а также слоем теплоизоляции, чтобы через водонагреватель не происходило дополнительных теплопотерь.

Нагревательный прибор соединен с пультом управления, который обязательно оснащен специальным датчиком для проверки температуры. В качестве такого датчика зачастую выступает биметаллический термостат. Если датчик сигнализирует о том, что температуры ниже нормы, то автоматически начинается нагрев жидкости.

Бойлеры закрытого типа

Выделяют две разновидности водонагревателей для отопления – открытые и закрытые. Закрытые бойлеры нашли свое применение в централизованной системе водоснабжения. В таких устройствах используются различные металлы (медь, нержавеющая сталь, эмалированная сталь) для изготовления бойлеров для отопления.

Стоит отметить, что подобные водонагреватели отличаются повышенным давлением, причиной которого является расширение жидкости во время нагревания.

Во избежание поломок агрегата и выхода его из строя используется специальный расширительный бак, который предназначен для излишков воды. К тому же такой бак может быть дополнительно оборудован термосмесителем, манометром, а также редуктором давления.

Открытые бойлеры

Открытые водонагреватели для отопления отличаются в первую очередь тем, что они могут снабжать горячей водой лишь одну водоразборную точку, для чего используется специальное оборудование под названием спецсмеситель. При включении спецсмесителя подключение теплообменника к магистральной трубе перекрывается. Давление сетевой воды достаточно велико именно на входе в нагреватель, а не на выходе из него. В результате этого компании-производители имеют возможность использовать не самые прочные и дорогие материалы для создания нагревательной емкости, поскольку давление на стенки емкости не самое высокое.

Кроме этого, данная арматура призвана исполнить роль группы безопасности и расширительного бака, сливая лишнюю воду в раковину при ее расширении. Закрытые бойлеры также могут быть оборудованы подобным спецсмесителем, однако открытые бойлеры для отопления дома без данного агрегата функционировать не смогут.

Нюансы подачи холодной воды

Напоследок отметим, что не нагретая вода должна подаваться под очень высоким давлением в емкость, чтобы уже нагретая жидкость начала выливаться из бойлера – лишь в этом случае можно утверждать, что водоразбор успешно завершился. Ведь если давление воды на входе очень маленькое, то горячая вода не сможет покинуть бак, поскольку трубка для выхода нагретой жидкости находится в самой высшей точке нагревателя. Холодная вода заливается с нижней части, причем благодаря специальному приспособлению – штуцеру – эта жидкость стелется на дне бойлера.

Таким образом, имеется несколько видов водонагревательных элементов, которые предназначены для нагрева воды и ее подачи. Каждая из этих разновидностей отличается собственными достоинствами и недостатками, и лишь потребитель решает, какой из бойлеров является оптимальным именно для его системы.

Самостоятельное изготовление теплообменника

Теплообменник вполне доступен для самостоятельного изготовления, что неоднократно использовалось многими домашними умельцами для создания этого агрегата отопления с минимальными финансовыми затратами. Если рассматривать основные типы теплообменников, изготовленные своими силами, можно выделить следующие их разновидности: выполненные собственными руками бойлеры открытого типа и расположенные вблизи источника тепла змеевики.

Вариант первый

В первом случае используется любая открытая емкость, имеющая достаточную прочность для накопления воды под нормальным давлением. Нагрев в таком изготовленном своими руками агрегате осуществляется с помощью погружения в емкость источника передачи тепла. Такие конструкции популярны для получения горячей воды в небольших загородных домах и других постройках для временного использования.

Вариант второй

Второй тип доступных для изготовления своими руками теплообменников представляет собой изогнутую трубу (змеевик), которую пропускают в непосредственной близости от котла отопления, домовой печи либо другого источника высокой температуры. Вода в трубе нагревается косвенным путем и поступает потребителю.