Виды и особенности теплообменников для горячей воды системы отопления.

Оглавление:

Использование эффективного теплообменного аппарата для горячей воды позволяет заметно расширить возможности оборудования, которое предназначено для обогрева помещений. От продуктивности его работы во многом зависит качественная и продолжительная работа ядра всей системы — обогревательного котла.

Теплообменник. Что это такое? Устройство системы

Теплообменник, используемый в целях отопления, является достаточно сложным техническим устройством. Данные аппараты передают энергию между двумя теплоносителями, один из которых – горячий, другой – холодный. Как правило, в качестве проводника тепла используется пар или жидкость, намного реже применяют газ.

Данное оборудование не имеет собственного теплового источника. Процесс функционирования системы осуществляется за счет использования энергии, которая идет от системы отопления дома или предприятия. Эффективность передачи тепловой энергии зависит от нескольких основных факторов:

Разница температуры между двумя средами. Чем выше разница, тем продуктивнее функционирует система;

Площади контакта сред и теплообменного аппарата;

Теплопроводности материалов, из которых изготовлена сама конструкция, принимающая непосредственное участие в процессе теплообмена.

По сути теплообменником для подачи горячей воды, работающим от системы отопления, может служить любая труба, которая будет передавать тепло от источника с температурой, отличной от температуры помещения. Вы можете легко в этом убедиться если посмотрите видео, которое выкладывают на yotube мужики с прямыми руками.

Основные виды теплообменников

Среди большого ассортимента теплообменного оборудования существует всего два основных типа – пластинчатые и кожухотрубные. Второй тип из-за низкого КПД и внушительных габаритов практически исчез с рынка.

Пластинчатый теплообменник – это ряд одинаковых гофрированных пластин, установленных на жесткой металлической станине. Пластины следуют в зеркальном отражении по отношению друг к другу, разделяются они при помощи специальных металлических (стальных) и резиновых прокладок.

Чем больше пластин, чем больше их размер, тем больше площадь полезного теплообмена.

Абсолютно все пластинчатые теплообменные аппараты делятся на два типа:

Разборные теплообменники

Основное преимущество данного типа теплообменных аппаратов состоит в том, что в любой момент времени у Вас имеется возможность доработки, которая заключается в добавлении или удалении пластин.

Этот тип теплообменных аппаратов нашел широкое применение в регионах с жесткой водой, что делает возможным регулярную ручную чистку аппарата от накипи, мусора.

Отсутствие зажимной конструкции позволило выполнить пластинчатые теплообменники более компактными по своим габаритам.

Паяные теплообменники (неразборные)

Давайте выделим основные преимущества паяных теплообменников над разборным типом:

Компактные габариты, небольшой вес;

Более продолжительный срок эксплуатации оборудования;

Высокая устойчивость к высоким давлениям и перепадам температур.

Что касается чистки паяных теплообменников, то она выполняется без разборки основной конструкции.

Если после определенного периода эксплуатации вы стали замечать, что эффективность оборудования стала заметно снижаться, то в него на несколько часов заливается определенный реагент, который справляется со всеми отложениями. Теплообменник не будет функционировать всего несколько часов, после продолжится его нормальный режим работы.

Основные материалы для теплообменных агрегатов

Основным материалом для изготовления современных теплообменных аппаратов является сталь и чугун, которые имеют высокие показатели по теплопроводности.

Теплообменное оборудование из чугуна

Теплообменное оборудование, изготовленное из чугуна, имеет следующие плюсы:

Высокие показатели по теплопроводности. Абсолютно любой чугунный элемент быстро нагревается, передавая тепловую энергию другим носителям;

Чугун медленно остывает. Это свойство позволяет заметно сэкономить на работе всей отопительной системы, нет необходимости постоянно включать все оборудование, когда она остынет;

Чугун является устойчивым к накипи, он менее подвержен появлению коррозии;

возможность расширения функциональных возможностей, подразумевающая увеличение чугунных секций после установки самого агрегата. Выполнив такую модернизацию, вы можете добиться заметного увеличения мощности.

Как и у всех аппаратов, у чугунного теплообменника есть свои минусы:

Хрупкость. Несмотря на внушительные габариты, это оборудование боится механических повреждений;

Низкая устойчивость к резким температурным перепадам. Они могут привести к появлению трещин и снижению мощности аппарата;

Внушительный вес и большие габариты оборудования.

Стальное теплообменное оборудование

Стальной аппарат имеет ряд преимуществ над своим чугунным «собратом»:

Ударопрочность (не боится механических воздействий);

Устойчивость к изменениям температур внутри системы.

Среди недостатков необходимо обратить внимание на следующие позиции:

Восприимчивость к коррозии;

Нет возможности увеличить мощность аппарата;

Достаточно быстрое остывание теплообменника (повышенный расход топлива).

Изготовление аппарата своими руками

Конструкция внутреннего теплообменника представляет собой некий бак, с помещенной в него трубкой. Чтобы изготовить такой аппарат своими руками Вам необходимо использовать:

Для изготовления теплообменника необходимо скрутить трубку в спираль. Далее в емкости делается два отверстия – выхода. Нижний из них будет использоваться для холодной воды, верхний — для горячей.

В сети существует отличное видео как самостоятельно изготовить элементарный теплообменик, но в рамках сайта его не размещаем, тк автор использует ненормативную лексику. Посмотреть можно самостоятельно на youtube.

Особенности монтажа теплообменного оборудования

Как только все детали аппарата будут готовы, можно приступать непосредственно к монтажу. Эта операция имеет следующую последовательность:

Нарезание резьбы на входе и выходе теплообменного аппарата;

Соединение входа оборудования с системой отопления при помощи специальной муфты;

Аналогичная муфта используется для соединения выхода теплообменника с трубой ГВС.

В случае использования аппарата внутреннего типа, необходимо выполнить следующие действия:

Внутри бака монтируется анод;

Через низ бака подводится труба, соединенная с отопительной системой, через верх – труба забора холодной воды.

Сверху и снизу бак должен быть надежно запаян. Такие меры позволяют избежать попадания воздуха в емкость, что может негативно сказаться на теплопотерях.

Борьба с накипью в системе

Одной из основных проблем эксплуатации любых теплообменных аппаратов является образование накипи.

Слой накипи выступает как некий теплоизоляционный материал, который препятствует быстрому нагреву теплообменника до нужной температуры, из-за чего приходится затрачивать больше электрической энергии.

Сегодня производители используют в своих конструкциях отполированные особым образом трубки, изготовленные из специальных материалов.

Новейшие достижения в борьбе с накипью основаны на магнитном воздействии на воду, что позволяет снизить количество отложений. Образец установки для удаления известковых отложений показан на фото выше.

Особенности расчета теплообменника для ГВС

Выполняя расчет теплообменных аппаратов необходимо учитывать следующие параметры:

Количество пользователей, которые будут использовать теплообменное оборудование;

Приблизительный расход горячей воды, необходимый на одного потребителя;

Максимальная температура теплоносителя;

Температура воды в указанный период;

Теплопотери, на которые, исходя из практических соображений, закладывается порядка 5%;

Количество точек водозабора, которым относятся все имеемые в помещении краны, смесители и душ;

Период эксплуатации: постоянный/периодический.

Как правило, производительность теплообменника рассчитывается по данным зимнего периода, когда от аппарата требуется максимальная мощность.

Как видно, каждый вид теплообменника имеет схожий принцип работы. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки, поэтому выбор того или иного типа напрямую будет зависеть от решения конкретных задач, которые перед вами стоят.

Разновидности теплообменников для горячего водоснабжения частного дома

Холодное и горячее водоснабжение – две инженерные системы, связанные с комфортными условиями проживания в частном доме. И если с водопроводом холодной воды все более или менее понятно, потому что это трубная разводка от насоса, который забор воды производит из колодца или скважины. То горячее водоснабжение – сеть более сложная, и условия ее эксплуатации в основном зависят от нагревательного элемента, в качестве которого чаще всего выступает отопительный котел. А так как котловых агрегатов очень много, имеется в виду их конструктивные особенности, то соответственно и вода в них будет нагреваться по-разному. Один из вариантов, который сегодня используется чаще остальных, это установленные в котле или вне него теплообменники для горячего водоснабжения частного дома.

Схема ГВС с установленным теплообменником

Свое название теплообменники получили по прямому своему назначению. То есть, в этих агрегатах происходит обмен температурами. А так как разговор идет о горячем водоснабжении, то понятно, что тепло от горячей воды передается холодной, чтобы на выходе она стала также горячей. А так как у ГВС нет свое источника тепла, то есть, напрямую вода в системе не нагревается от энергоносителя, то соответственно должен быть свой собственный нагреватель или система, которая нагревала бы воду. И такой системой выступает отопление.

Получается так, что горячая вода в отопительной системе проходит через теплообменник и часть своего тепла через стенки прибора отдает холодной воде, расположенной в какой-то емкости. И такие емкости называются бойлерами. А вся нагревательная технология называется косвенной, потому что нет прямого взаимодействия энергоносителя с конструкцией подогрева системы горячего водоснабжения.

Типы теплообменников

Самый простой теплообменник – это змеевик из металлической трубы. Понятно, что металл – идеальный материал с высокой теплопроводностью, а значит, передача тепла будет быстрой и максимально эффективной. И чем больше диаметр змеевика, чем больше в нем витков, тем интенсивнее он будет отдавать тепло, потому что таким образом увеличивается площадь теплообмена. Конечно, на интенсивность теплоотдачи будет влиять и разница между холодной водой в бойлере, и горячей в системе отопления. И чем разница будет меньше, тем лучше. Правда, необходимо отметить, что вода в скважине обычно составляет в среднем +10С, приплюсуйте сюда зимнюю температуру, то получается так, что при необходимости довести воду в ГВС до температуры +40-45С, нужно нагреть воду в отопительной системе до +80-90С.

Теплообменник-змеевик

Что касается материала, из которого змеевики теплообменники изготавливаются, то в основном используются или стальные, или чугунные приборы.

• У обоих материалов высокая теплопроводность.
• Стальные агрегаты весят меньше чугунных.
• По показателю ударопрочности стальные выигрывают. Они не лопаются при ударах, как чугунные теплообменники. И в этом их большое преимущество.
• Они также хорошо выдерживают перепады температур. То есть, оба материала держат высокие температуры, но при резком их изменении чугун трескается и лопается.
• Правда, сталь быстрее коррозирует при соприкосновении с водой и кислородом. Если в теплообменнике постоянно находится вода (внутри и снаружи), то прослужит он долго, потому что в самой воде незначительная концентрация кислорода.

То есть, по многим техническим характеристикам стальные теплообменники лучше. В настоящее время эти приборы изготавливают и из медных труб. По всем показателям медные теплообменники превосходят и стальные, и чугунные, но у них есть один большой недостаток- слишком дорогое это удовольствие.

Внимание! Для изготовления змеевика из стали необходимо использовать трубу с минимальным диаметром 32 мм и толщиною стенки 5 мм.

Изготовление медного теплообменника

Пластинчатые теплообменники

Еще одна разновидность – это пластинчатые теплообменники для горячего водоснабжения. В основе их конструкции лежат гофрированные пластины, которые устанавливаются между плитами и сжимаются между собой специальными болтовыми соединениями.

По эффективности пластинчатые теплообменники превосходят трубные. Все дело в тех самых пластинах, за счет которых прибор и получил свое название. У них большая площадь теплоотдачи, их самих большое количество, нагреваются они от труб, которые пронизывают все пластины в четырех местах, отсюда, в принципе, и сильный их нагрев. На фото ниже показан такой агрегат.

Пластинчатый теплообменник

Но есть у этой разновидности одно большое преимущество – это возможность наращивать длину прибора за счет установки в него дополнительных пластин. При этом толщина самого гофрированного элемента небольшая (0,5-0,6 мм), а площадь теплоотдачи огромна. Даже установив дополнительно 10 элементов, можно повысить теплоотдачу прибора на 10-15%.

Внимание! Движение жидкости в коллекторах теплообменника создает турбулентность, которая увеличивает теплоотдачу прибора за счет самоочищения гофрированных пластин от различного рода наслоений и накипи.

Сами пластины изготавливаются из коррозионностойкой стали методом штамповки. Для герметизации стыков между собой и трубами коллекторов используются резиновые прокладки.

Технология прямого нагрева

О косвенном нагреве воды сказано, но есть и еще одна технология нагрева, которая называется прямой. То есть, теплообменник в системе горячего водоснабжения устанавливается непосредственно в топку отопительного котла. То есть, производится нагрев прибора непосредственно энергоносителем. Как показывает практика, в такой системе ГВС обычно устанавливаются агрегаты комбинированного типа. в основе их конструкции лежит трубный змеевик, по которому движется холодная вода. А для усиления теплоприема дополнительно устанавливаются пластины, тем самым увеличивая интенсивность забора теплоэнергии. На фото ниже такой агрегат показан. Кстати, эти приборы называются первичными.

Первичный теплообменник

Изготавливают их чаще всего или из нержавеющей стали, или из медного сплава. Необходимо отметить, что данный тип теплообменных приборов подвергается большим нагрузкам. Это касается не только температуры. Все дело в том, что внутри труб происходят процессы под действием высокой температуры, которые приводят к быстрому отложению на стенках минералов и различных солей. А это уменьшение диаметра трубы, а следствие – снижение интенсивности теплоотдачи в сторону проходимой по трубам воде. Поэтому очень важно, эксплуатируя водопроводную систему частного дома, уделять внимание качеству забираемой из скважины или колодца воды. А самое простое в этом случае – это установить фильтра разного назначения, то есть, организовать грамотно систему водоочистки.

Есть еще один вариант, связанный с нагревом воды для ГВС. Это установка бака на дымоход отопительного котла. В принципе, функции теплообменника здесь сыграет именно дымоходная труба, на которую водяной бак будет установлен и закреплен. Такая конструкция теплообменника для горячего водоснабжения частного дома достаточно эффективна, и при этом очень экономична. То есть, здесь нет сложных приборов и конструкций. Правда, необходимо обратить внимание на материал, из которого часть дымохода будет сооружаться. В данном случае лучше всего использовать трубы из нержавейки. Они не только легко справляются с коррозионными процессами, но и хорошо выдерживают высокие температуры, под действием которых не коробятся и не лопаются. Правда, стоить будет такой дымоход недешево. И это, в принципе, единственный минус устройства.

Установка теплообменника в топку печи

Заключение по теме

Выбрать ту или иную модель теплообменного устройства по конструктивным особенностям – это, значит, выбрать саму систему горячего водоснабжения. А точнее сказать, подход к реализации принципа нагрева воды для ГВС. Поэтому еще на стадии проектирования и планирования систем отопления и горячего водоснабжения надо учитывать, каким способом будет производиться нагрев воды.