Пластинчатый теплообменник для горячего водоснабжения

Обеспечить себе в доме или квартире горячее водоснабжение можно многими способами и непосредственный нагрев, например прямоточным электронагревателем или бойлером – не самый эффективный способ. В простоте и надежности отлично зарекомендовал себя пластинчатый теплообменник ГВС. Если есть источник тепла, например автономное отопление или даже централизованное, то тепло для нагрева воды вполне разумно взять от них, не тратя дорогостоящее электричество для этих целей.

Устройство и принцип работы

Пластинчатый теплообменник (ПТО) обеспечивает переход тепла от нагретого теплоносителя холодному, при этом не перемешивая их, развязывая два контура между собой. Теплоносителем может быть пар, вода или масло. В случае с горячим водоснабжением чаще источником тепла является теплоноситель системы отопления, а нагреваемой средой – холодная вода.

Конструктивно теплообменник представляет собой группу гофрированных пластин, собранных параллельно друг другу. Между ними образуются каналы, по которым течет теплоноситель и нагреваемая среда, притом послойно они чередуются между собой, не перемешиваясь при этом. За счет чередования слоев, по которым текут жидкости обоих контуров, увеличивается площадь теплообмена.

Схема работы теплообменника

Гофрирование чаше выполняется в виде волн, притом ориентированных так, чтобы каналы одного контура располагались под углом к каналам второго контура.

Подключение входов и выходов делаются так, чтобы жидкости текли навстречу друг другу.

Поверхность и материал пластин подбирается исходя из требуемой мощности теплообмена, вида теплоносителя. В особенно эффективных и продуманных теплообменниках поверхность формуется для возбуждения завихрений возле поверхности пластины, повышая теплообмен, не создавая сильного сопротивления общему току.

Теплообменник включается между двумя контурами:

1. Последовательно к системе отопления или параллельно с наличием регулирующей арматуры.
2. К входу от холодного водопровода и выходом к потребителю ГВС.

Холодная вода, протекая через теплообменник нагревается за счет тепла от системы отопления до требуемой температуры и подается на кран потребителя.

Основные характеристики пластинчатого теплообменника:

• Мощность, Вт;
• Максимальная температура теплоносителя, оС;
• Пропускная способность, производительность, литры/час;
• Коэффициент гидравлического сопротивления.

Мощность зависит от общей площади теплообмена, перепада температур в обоих контурах между входов и выходом и даже от числа пластин.

Максимальная температура задается подбором материалов и способом соединения пластин и корпуса теплообменника.

Пропускная способность повышается с увеличением числа пластин, так как они подключаются фактически параллельно, то каждая новая пара пластин добавляет дополнительный канал для тока жидкости.

Коэффициент гидравлического сопротивления важен при расчете нагрузки на систему отопления, где от этого зависит выбор циркуляционного насоса, немаловажен и для других источников тепла. Зависит от типа гофрирования пластин и размера сечения каналов и их количества.

Для наиболее востребованных случаев, каким является обеспечение горячей водой частного хозяйства, дома или квартиры производятся готовые теплообменники с постоянными характеристиками.

Расчет

Выбор подходящего теплообменника сложно выполнить, оперируя только одной лишь его мощностью или пропускной способностью. Эффективность подготовки ГВС зависит и от состояния теплоносителя в первом контуре и во втором, от материала и конструкции теплообменника, скорости и массовой части теплоносителя, проходящего в единицу времени через пластинчатый теплообменник. Однако, естественно следует предварительно выполнить расчет, позволяющий прийти к определенному сочетанию мощности и производительности для выбора подходящей модели.

Базовые данные необходимые для расчета:

• Тип среды в обоих контурах (вода-вода, масло-вода, пар-вода)
• Температура теплоносителя в системы отопления;
• Максимально допустимое снижение температуры теплоносителя после прохождения теплообменника;
• Начальная температура воды, используемой для ГВС;
• Требуема температура ГВС;
• Целевой расход горячей воды в режиме максимального потребления.

Кроме этого в формулах для расчета задействована удельная теплоемкость жидкости в обоих контурах. Для ГВС используется табличное значение для начальной температуры воды, чаще +20оС, равное 4,182 кДж/кг*К. Для теплоносителя следует отдельно находить значение удельной теплоемкости, если в его составе имеется антифриз или другие присадки для улучшения его качеств. Аналогично для централизованного отопления берется приблизительное значение или фактическое на основании данных теплокоммунэнерго.

Целевой расход определяется количеством пользователей для горячей воды и количеством устройств (краны, посудомоечная и стиральная машинка, душ), где она будет использована. Согласно требованиям СНиП 2.04.01-85 необходимы следующие значения расхода горячей воды:

• для раковины – 40 л/ч;
• ванная – 200 л/ч;
• душевая – 165 л/ч.

Значение для раковины умножается на количество устройств в доме, которые могут использоваться параллельно, и складывается со значением для ванны или душевой в зависимости от того, что именно используется. Для посудомоечной и стиральной машинки значения берутся из паспорта и инструкции и только при условии, что они поддерживают использование горячей воды.

Второе базовое значение – это мощности теплообменника. Рассчитывается исходя из полученного значения расхода жидкости и разницы температур воды на входе в теплообменник и на выходе.

где m – расход воды, С – удельная теплоемкость, Δt – разница температур воды на входе и выходе ПТО.

Для получения массового расхода воды следует расход, выраженный в л/ч умножить на плотность воды 1000 кг/м3.

КПД теплообменников оценивается на уровне 80-85%, и многое зависит от конструкции самого оборудования, так что полученное значение следует разделить на 0,8(5).

С другой стороны ограничением по мощности будет расчет, выполненный со стороны первого контура с теплоносителем, где, используя уже разницу допустимых температур для системы отопления, получаем максимально допустимый забор мощности. Конечный результат будет компромиссом между двумя полученными значениями.

Если забора мощности для нагрева нужного количества горячей воды не хватает, то разумнее использовать две ступени подогрева и, соответственно, два теплообменника. Мощность распределяется между ними поровну от требуемого расчета. Одна ступень выполняет предварительный нагрев, используя в качестве источника тепла обратку отопления с пониженной температурой. Второй ПТО уже нагревает окончательно воду за счет горячей воды с подачи отопления.

Схема обвязки

Подключают теплообменник к системе отопления несколькими способами. Самый простой вариант с параллельным включением и наличием регулировочного клапана, работающего от термоголовки.

Обязательными являются запорные шаровые вентили на всех выводах теплообменника, чтобы иметь возможность полностью перекрыть доступ жидкости и обеспечить условия для демонтажа оборудования. Регулировкой мощности и, соответственно, нагревом горячей воды должен заниматься клапан с управлением от термоголовки. Клапан устанавливается на подводящую трубу от отопления, а датчик температуры на выход контура ГВС.

При цикличной организации ГВС с наличием накопительной емкости устанавливается дополнительно тройник на входе нагреваемого контура для включения холодной водопроводной воды и обратки по ГВС. Избежать ненужного тока в обратном направлении в ветке горячей и холодной воды не даст обратный клапан.

Недостатком этой схемы является сильно завышенная нагрузка на систему отопления и неэффективный нагрев воды во втором контуре при большем перепаде температур.

Гораздо продуктивнее и надежнее работает схема с двумя теплообменниками, двухступенчатая.

1 – пластинчатый теплообменник; 2 – регулятор температуры прямого действия: 2.1 – клапан; 2.2 – термостатический элемент; 3 – циркуляционный насос ГВС; 4 – счетчик горячей воды; 5 – электро-контактный манометр (защита от «сухого хода»)

Идея заключается в использовании двух теплообменников. В первой ступени используется с одной стороны обратка системы отопления, а с другой холодная вода из водопровода. Это дает предварительный нагрев примерно на 1/3 или половину от необходимой температуры, при этом не страдает обогрев дома. Включение контура выполняется последовательно с байпасом, на котором уже закреплен игловой вентиль, с помощью которого регулируется объем теплоносителя.

Второй ПТО, вторая ступень, подключаемая параллельно системе отопления – это с одной стороны подача горячего теплоносителя от котла или котельной, а с другой уже подогретая на первой ступени вода ГВС.

Регулировкой первой ступени заниматься нет нужды. Устанавливаются лишь шаровые вентили на все четыре отвода и обратный клапан на подачу холодной воды.

Обвязка второй ступени идентичная параллельному подключению за исключением того, что вместо холодной воды подключается уже подогретая вода с первой ступени.

Теплообменники и водонагреватели для отопления

Отопительная система состоит из ряда компонентов, среди которых ключевое значение имеют водонагреватели и теплообменники. Теплообменники для отопления частного дома 35 фото в нашей статье.

Классификация теплообменников

Теплообменники для отопления частного дома во многом определяют функции и конструктивные особенности котла, с их же помощью холодная вода получает тепло от уже нагретой.
Теплообменник также передает тепло на теплоноситель. В зависимости от способа, которым эта задача реализуется, эти агрегаты делятся на:

• Первичные.
• Вторичные.
• Битермические (совмещенные).

Первичный теплообменник для системы отопления

Первичный теплообменник — это изогнутая труба большого диаметра с медными пластинами. Поверхность устройства покрывается антикоррозийной краской.
Различия между моделями первичных теплообменников несущественны, обычно касаются способов подсоединения трубы, размеров устройства и мощности. Последний показатель зависит от того, сколько пластин установлено и какой длины труба.

На работе отрицательно сказываются отложения солей, грязь, копоти. Загрязненный этими веществами теплообменник для системы отопления недостаточно обеспечивает циркуляцию теплоносителя, снижается теплопроводность стенок. Во избежание этого прибегают к регулярному профилактическому обслуживанию, промывке, очистке. Помочь могут и специальные фильтры.

Вторичный теплообменник для отопления частного дома

Теплообменники ГВС или вторичного типа оснащены стальными пластинами. Пластины отличаются высокой теплопроводностью, в сочетании с большой площадью теплообмена достигается высокая эффективность прибора, несмотря на большую скорость потока жидкости.

Быстрое движение теплоносителя предохраняет прибор от отложения солей на стенках. В отличие от других типов теплообменников, в этом случае ток холодной и нагретой воды совпадают по направлению.

Битермический теплообменник для системы отопления

Котлы Linea Isy, Immergas Star kW, Hermann Habitat 2 оснащаются битермическими теплообменниками. Это двухконтурные приборы, обеспечивающие отопление и горячее водоснабжение. Конструктивная особенность заключается в наличии так называемой «трубы в трубе», на поверхности агрегата устанавливаются пластины из меди.

Смотрите видео: Принцип работы теплообменника для систем отопления

Теплообменники для отопления частного дома циркулируют в наружной трубе, внутреннюю занимает санитарная вода. Во время отопления при сгорании газа тепло поставляется прямо к теплоносителю. При работе на горячее водоснабжение тепло после теплоносителя переходит на контур.
Внимание! Используя битермический теплообменник для системы отопления вторичный теплообменник и трехходовой клапан не нужны. За счет этого цена котла снижается, а надежность его увеличивается.

Есть в таких конструкциях и недостатки. В режиме горячего водоснабжения объем нагретой воды меньше, чем в других типах из-за ограничения передачи тепла. Не рекомендуется использовать битермические теплообменники для котлов отопления в регионах с большим количеством жестких солей в воде: из-за большого перепада температур в оборудовании соли откладываются в ускоренном режиме.

Можно отдельно выделить так называемые мини-бойлеры. Это название дали теплообменникам с большой емкостью. Это оборудование самого высокого класса, дорогостоящее, но очень эффективное.
По внешнему виду мини-бойлеры похожи на водонагреватель Леруа Мерлен со змеевиком. Контур теплоносителя проходит по самому змеевику, контур ГВС через стенки.

Бойлеры косвенного нагрева

Самыми распространенными водонагревателями являются бойлеры Леруа Мерлен косвенного нагрева. Нагрев осуществляется от трубчатого электронагревателя, газовой горелки, тепла отопительной системы. Корпус защищает специальный кожух и теплоизоляция для предотвращения теплопотерь через водонагреватель Леруа Мерлен.
Пульт управления оснащается датчиком температуры и соединяется с нагревательным прибором. При сигнале датчика о снижении температуры нагрев включается в автоматическом режиме.

Бойлеры закрытого типа

Закрытые бойлеры Леруа Мерлен используются в централизованном отоплении.
Внимание! Из-за расширения теплоносителя при нагреве в подобных системах создается повышенное давление, из-за чего элементы системы могут выйти из строя.
Во избежание этого для излишков воды предусмотрен расширительный бак, могут устанавливаться манометры, термосмесители, редукторы давления.

Бойлеры открытого типа

Открытый бойлер Леруа Мерлен может поставлять горячей водой только одну водоразборную точку. В них присутствует спецсмеситель, который позволяет перекрыть подключение теплообменника к магистрали. Повышенное давление воды наблюдается не на выходе, а на ходе в нагреватель, благодаря чему в производстве таких приборов могут использоваться не самые дорогие и прочные материалы.
Спецсмеситель также позволяет сливать лишнюю воду при увеличении давления в системе. Этот элемент может применяться и в закрытых бойлерах, в открытых же он обязателен.

Смотрите видео: Автономное отопление своими руками

Подача холодной жидкости

Холодная вода должна поступать под высоким давлением, иначе водоразбор не завершится. Горячая вода должна выливать при этом из бойлера, а специальная трубка для этого находится на большой высоте. При небольшом давлении холодной воды горячая вода остается в баке, не поднимаясь до трубки выхода из нагревателя. Благодаря штуцеру поступающая снизу холодная вода остается на дне бойлера для нагрева воды Леруа Мерлен.

Как сделать водяной теплообменник для отопления

Подобный агрегат домашние умельцы изготавливают самостоятельно, за счет чего можно значительно сэкономить. Так часто создаются змеевики, размещаемые у источника тепла, или открытые бойлеры для нагрева воды леруа мерлен.
Для изготовления открытого бойлера берется прочная емкость, в которую собирается вода и погружается источник передачи тепла. Конструкция достаточна для снабжения теплом небольшого загородного дома.

Во втором случае берется змеевик (изогнутая труба), и пропускается у котла отопления, обычной домовой печи или другого источника повышенных температур. Вода в змеевике нагревается по косвенному типу и поступает в использование уже горячей.
Все виды нагревательных элементов имеют право на существование, и в конкретном случае оптимальным может оказаться любой вариант.

У каждого типа есть свои преимущества и недостатки, рекомендуемые условия эксплуатации. Выбор осуществляется в зависимости от параметров оборудования, возможностей и потребностей потребителя. Это ключевой узел системы отопления, но при этом хороший домашний мастер может изготовить его и своими руками.