Теплообменники в горячем водоснабжении

На сегодняшний день организация процессов по обеспечению водой — это одно из главных условий для создания уютной жизни граждан. Есть несколько различных способов того, как обеспечить водоснабжение, включая создание систем ГВС-сети, но одним из результативных способов сегодня является нагрев воды через отопительную сеть.

Теплообменники необходимо подбирать, исходя из условий монтажа и размещения, а также согласно запросам пользователей и общих возможностей, для монтажа и работы оборудования для отопления. В большинстве случаев только правильный монтаж и грамотный расчет позволяют гражданам забыть о том, что такое перебои или полное отсутствие горячего водоснабжения.

Использование теплообменников пластинчатого типа для обеспечения ГВС

Нагрев воды через теплосети полезен в экономическом плане, так как теплообменники, при сравнении их с классическими котлами на электрической или газовой энергии, работают лишь на систему отопления, и ни на что больше. В итоге себестоимость горячей воды за литр будет намного ниже.

Теплообменники пластинчатого типа применяют энергию тепла в теплосетях для того, чтобы нагревать обыкновенную воду из водопровода. Нагреваясь за счет пластин теплообмена, горячая вода проникает во все точки для разбора воды, включая смесители, краны, душ.

При этом важно учесть и то, что нагреваема вода и вода, которая является носителем тепла, никак не взаимодействуют друг с другом в рамках обменника тепла. Среды для течения вод разделены между собой пластинками, размещенными в теплообменном аппарате, поэтому через них и проходит теплообмен.

Использовать воду, находящуюся в отопительных системах, нельзя для обеспечения бытовых нужд, это вредно и нерационально. Объясняется следующими причинами:

• 1. Процессы подготовки воды для оборудования и котлов — это дорогая и, чаще всего, сложная процедура, которая требует специальных знаний, опыта и навыков.
• 2. Для того чтобы смягчить воду и сделать ее менее жесткой для отопительной системы, применяются реагенты и химикаты, которые отрицательно сказываются на человеческом здоровье.
• 3. В отопительных трубах за много лет скапливается большое количество отложений, также представляющих вред для человека и его здоровья.

Тем не менее, никто не запрещает использовать такую воду не по прямому назначению, а косвенно, ведь теплообменник для горячей воды отличается высокими показателями КПД.

Разновидности теплообменников для ГВС-систем

Сегодня их множество, однако среди всех самыми популярными для использования в быту являются два: это системы кожухотрубного и пластинчатого типа. Следует отметить, что кожухотрубные системы почти исчезли с рынков из-за низких показателей КПД и больших размеров.

Теплообменник пластинчатого типа для ГВС — это несколько гофрированных пластинок, расположенных на жесткой станине. Они идентичны друг другу по конструкциям и габаритам, однако следуют друг за другом, но по принципу зеркального отражения, и делятся между собой специализированными прокладками. Прокладки могут быть как стальными, так и резиновыми.

Из-за чередования пластин по парам появляются такие полости, которые при работе заполняются или жидкостью для нагрева, или носителем тепла. Именно за счет такой конструкции и принципа действия смещение сред между собой исключается полностью.

Посредством направляющих каналов жидкости в теплообменнике двигаются друг к другу, заполняя четные полости, после чего выходят из конструкции, получив или отдав некоторую часть энергии тепла.

Схема и принцип работы пластинчатого теплообменника ГВС

Чем больше пластин по количеству и размеру будет в одном теплообменнике, тем большую площадь он сможет охватить, и тем больше будет его производительность и полезное действие при работе.

Для ряда моделей на балке направления между запорной плитой и станиной есть пространство. Его достаточно для того, чтобы установить пару-тройку плит такого же типа и размера. В таком случае плитки, устанавливаемые дополнительно, будут монтироваться парами.

Все теплообменники пластинчатого типа можно поделить на несколько категорий:

• 1. Паяные, то есть неразборные и имеющие герметичный основной корпус.
• 2. Разборные, то есть состоящие из нескольких отдельных плиток.

Главное преимущество и плюс работы с разборными конструкциями заключается в том, что их можно дорабатывать, модернизировать и улучшать, от есть удалять лишние или же добавлять новые пластинки. Что же касается конструкций паяных, то у них такой функции нет.

Однако более популярными сегодня являются пластинчатые паяные системы обеспечения теплом, и популярность их основана на отсутствии зажимных элементов. Благодаря этому они отличаются компактными размерами, которые никак не влияют на полезность и работоспособность.

Схемы подключения

У теплообменника, работающего по принципу вода-вода, есть несколько различных схем подключения, однако контуры первичного типа монтируются к трубкам распределения тепловой сети (она может быть частной или реализуемой городскими службами), а контуры вторичного типа — к трубопроводу водоснабжения.

Чаще всего только от решений по проекту зависит то, какой тип подключения разрешено применять. Также схема монтажа и ее выбор основаны на нормах «Проектирования теплопунктов» и в стандарте СП под номером 41-101-95. Если соотношение и разница максимально возможного водного теплопотока на ГВС к теплопотоку на отопление определено в рамках от ≤0,2 до ≥1, то основой является схема подключения в одну ступень, а если от 0,2≤ до ≤1, то из двух степеней.

Стандартная

Самая простая для реализации и экономически выгодная схема — это параллельная. При такой схеме теплообменники монтируются последовательно по отношении к регулирующей арматуре, то есть запорному клапану, а также параллельно всей тепловой сети. Для того чтобы достичь максимального обмена тепла внутри системы, необходимы высокие показатели расхода носителей тепла.

Двухступенчатая схема

Двухступенчатая смешанная система

Если использовать двухступенчатую схему, то при ней нагрев воды происходит или в паре независимых аппаратов, или в установке моноблока. При этом важно помнить о том, что схема монтажа и ее сложность будут зависеть от общей конфигурации сети. С другой стороны, при схеме из двух ступеней повышается уровень КПД всей системы, а также снижается расход носителей тепла (примерно до 40 процентов).

При такой схеме подготовка воды происходит за два шага. В ходе первого шага применяется тепловая энергия, нагревающая воду до 40 градусов, а в ходе второго шага вода греется до 60 градусов.

Подключение последовательного типа

Двухступенчатая последовательная схема

Такая схема реализуется в рамках одного из аппаратов для теплообмена ГВС, причем данный тип обменника тепла намного сложнее по устройству, если сравнивать его со стандартными схемами. Также он будет стоить намного дороже.

Расчет теплообменников

При определении теплообменника необходимо учитывать такие параметры, как:

• 1. количество пользователей или жильцов;
• 2. расход и норма расхода теплой воды за сутки на каждого потребителя;
• 3. максимально возможная температура носителей тепла на определенный временной период;
• 4. температура и другие показатели водопроводных вод на определенный временной период;
• 5. допустимые показатели потери тепла (согласно нормативам, этот показатель не должен превышать 5 процентов);
• 6. суммарное количество мест для забора воды (это могут быть краны, смесители или души);
• 7. режим и работа оборудования (постоянная или периодическая).

Производительность и эффективность работы теплообменной системы для квартир в городе (в частности, при подключении к тепловой сети) рассчитывается по показателям работы в зимний период. Зимой температура носителей тепла может достигать 120/80 градусов.

При этом показатели во время весны или осени могут опуститься до уровня 70/40 градусов, а температура будет оставаться очень низкой вплоть до критичной отметки. Именно поэтому расчеты и показатели теплообменника важно проводить одновременно как для весеннего и осеннего, так и для работы во время зимы.

Важно и то, что никто не способен дать гарантии того, что эти расчет будут на 100 процентов верными. Все дело в том, что в сфере ЖКХ очень часто предпочитают игнорировать или пренебрегать стандартами для обслуживания конечного потребителя.

В частных секторах эти показатели намного точнее, ведь пользователь всегда уверен в эффективности и работоспособности котла и всей отопительной системы.

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.