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.

Для чего нужен и как изготовить теплообменник для горячей воды от отопления самостоятельно?

Теплообменник – полезное в быту устройство, позволяющее передавать тепло от одного независимого источника к другому. Существует множество разновидностей и областей применения данного прибора.

Наиболее часто встречаемый вариант применения теплообменника – это нагрев воды от отопительной системы. Подробнее о теплообменниках для горячей воды от отопления поговорим в статье.

Что это такое?

Теплообменник представляет собой устройство, предназначенное для обмена теплом между двумя или более не связанными друг с другом напрямую носителями тепла. Чаще всего используется для нагрева воды напрямую от системы отопления.

Теоретически, можно рассмотреть вариант использования воды напрямую из отопительной системы, так как её качество не сильно отличается от воды, продающейся в супермаркетах. Однако, на практике, использовать её в бытовых целях нельзя.

Обусловлено это следующими причинами:

1. Замена воды в отопительных трубах – процесс затратный и требует денег.
2. Вливание новой воды отрицательно влияет на котлы, способствует быстрому изнашиванию системы.
3. В отопительных системах зачастую используются химические примеси, призванные смягчить воду.
4. Трубы в этих системах сами по себе имеют внутри себя множество отложений, стандарты их использования рассчитаны на техническую воду, а не на потребляемую человеком в пищу.

По вышеназванным причинам, использование воды напрямую из отопительных труб в бытовых и пищевых целях не представляется возможным, и для нагрева воды от тепловой системы обязательно использование теплообменника.

Какие плюсы даёт использование устройства?

Основными преимуществами, ради которых стоит установить данный прибор, являются:

1. Высокая эффективность. Теплообменник способен поставлять воду оптимальной температуры сразу в несколько мест в доме.
2. Экономичность. Устройство позволяет нагревать воду прямиком от отопления, не нужно устанавливать нагреватель и тратить дополнительно электричество и газ.
3. Небольшой размер. Прибор довольно компактен и не занимает много места.
4. Легкость установки и использования. Устройство просто установить, оно не требует частого обслуживания, легко поддаётся чистке.

Как устроен прибор?

Работа устройства состоит в том, что оно позволяет двум независимым друг от друга системам обмениваться теплом друг с другом.

В зависимости от конкретного типа прибора, трубы соединяются между собой пластинами, либо расположены особым образом, например, труба с носителем тепла находится внутри трубы с приёмником.

Вода быстро нагревается, не соприкасаясь при этом напрямую с источником тепла.

Устройство подключается к отоплению и к водопроводным трубам. Вода проходит через систему и нагревается от источника тепла, а после поступает к крану в нагретом состоянии.

По своей конструкции устройства данного класса подразделяются на две основных категории:

Для бытовых нужд используются устройства пластинчатого типа, благодаря большему удобству использования и эффективности, а также лёгкой транспортировке и установке. Среди трубчатых устройств в быту, как правило, используют кожухообразный вариант.

Пластинчатые

Пластинчатый тип теплообменников представляет собой конструкцию из пластин, установленных параллельно друг другу и соединённых в едином корпусе. Носитель и приёмник тепла протекают в отдельных трубах, подсоединяемых к коммуникациям на передней и задней панелях устройства.

Пластинчатые теплообменники подразделяются в свою очередь на три группы:

Разборные. В данной разновидности для обеспечения герметичности конструкции используются уплотнители из резины.

Плюсами разборных теплообменников являются удобство монтажа и использования.

Минусом можно считать регулярную необходимость замены резиновых прокладок и чувствительность к агрессивным веществам.

Паянные. Конструкция таких приборов более прочная, изготавливается из стали. В отличие от разборных редко требуют обслуживания и толерантны к любым средам. Недостатком является большой вес конструкции и невозможность её разборки, в следствие чего- более тяжёлая транспортировка.

Сварные. Изготавливаются из тяжёлых металлов, используются только в промышленности.

Трубчатые

Данный тип устройств применяется в основном промышленности, а также в качестве элементов конструкции кондиционеров и холодильников.

Плюсом данного типа является высокая устойчивость к любым условиям и средам. Распространённой конструкцией является вариант, когда внутри одной широкой трубы располагается другая поуже. По внутренней трубе протекает носитель тепла, а по внешней – приёмник.

В свою очередь трубчатые обменники подразделяются на несколько типов:

Кожухообразные. Большое количество трубок, соединённых в виде решётки.

Существует возможность соединения нескольких устройств данного типа для достижения большей эффективности.

Данная разновидность наиболее часто используется в быту среди трубчатых обменников.

Витые. Трубы закручиваются между собой вокруг единой сердцевины. Является компактным и достаточно эффективным вариантом. Разновидностью такой конструкции являются спиральные теплообменники, в которых оба канала обвивают единую перегородку.

Оросительные обменники – сконструированы в форме спирали. Вода стекает по желобу. Используются в основном в вентиляционных системах.

Как рассчитать модель под конкретное здание?

При подборе конкретной модели прибора, необходимо учитывать следующие параметры:

• количество жильцов в помещении;
• объём воды, необходимый одному жильцу в сутки, стандартом считается норма потребления, равная 120 литрам на человека в день;
• степень нагрева носителя тепла — в централизованных отопительных системах стандартом является нагрев, равный 60-ти градусам;
• будет ли прибор работать круглые сутки, или планируется его периодически отключать;
• температура воды в трубах в зимнее время года;
• количество приборов, потребляющих горячую воду;
• допустимый процент потери воды.

Технические критерии выбора

При выборе теплообменника необходимо, прежде всего, обращать внимание на такие параметры, как конструкция и мощность прибора, а также его стоимость. При использовании прибора с ёмкостью для воды, немаловажную роль играет выбор бака подходящего объёма.

Конструкция

Для нагрева воды от отопительной системы используются приборы различных конструкций, отличающихся друг от друга скоростью и эффективностью нагрева:

Со змеевиком. В данной конструкции функцию нагревательного элемента выполняет змеевик, заполняемый водой.

Сложная форма элемента значительно ускоряет нагрев. Катушка может быть установлена внизу бака, либо вертикально – для более равномерного нагрева.

С двумя змеевиками. Два змеевика обеспечивают ещё большую эффективность и скорость нагрева.

Для теплового насоса. Отличается способом подключения к отопительной системе, может быть также оснащён змеевиком.

Устройство с электрическим нагревателем. Дополнительный нагреватель ускоряет процесс нагрева. Данный вариант является золотой серединой между обычным теплообменником и электрическим водонагревателем.

Объём бака

Немаловажный фактор, который необходимо учитывать при выборе – это размер бака:

1. Для небольших помещений подойдёт бак на сто литров. Это компактный и экономичный вариант, наиболее простой в транспортировке. Стоит помнить, что малый объём воды сохраняет тепло значительно меньшее время, поэтому нагревать его придётся чаще.
2. Для большинства частных домов подойдёт бак объёмом 200 литров. Этого хватит на несколько сантехнических приборов, при этом температура будет держаться достаточно длительное время.
3. Для больших домов подойдёт бак объёмом 500 литров. Такие баки используются также в производстве. Для большинства же помещений такой большой объём будет излишним и неэкономичным решением, так как для такого бака потребуется гораздо большее потребление энергии.

Бытовые модели и цены на них

В данный момент на рынке представлено большое количество приборов для теплообмена, отличающихся друг от друга типом конструкции, скоростью нагрева, объёмом бака и стоимостью.

Пластинчатых

Вот несколько популярных моделей:

Р-012-10-19 ПРОМТЕХСЕРВИС. Пластины данной модели изготавливаются из стали.

Между пластинами располагаются термопрокладки, эффективно передающие тепло от носителя к приёмнику.

Прочность конструкции обеспечивается гофрированной поверхностью. Примерная стоимость устройства: 14000 рублей.

KAORI Z. Модель паянной разновидности. Потоки направлены по диагонали. Пластины обладают большой площадью теплообмена. Прочная и надёжная модель. Стоимость от 32000 рублей.

Innovita ГВС. Бюджетное решение, устанавливается на газовый котёл или теплосеть. Модель предназначена для использования с котлами Innovita. Стоимость от 8000 рублей.

Кожухотрубных

Ниже представлены популярные модели теплообменников кожухообразного типа:

1. ТНГ-1,6-М8/20Г-2-2-И. Популярная модель, часто используемая в промышленности и в быту. Имеет трубные решётки и вертикальный тепловой компенсатор. Цена – от 9000 рублей.
2. Подогреватель кожухотрубный ТТАИ. Конструкция представляет собой две трубки с тонкими стенками разного диаметра, одна вложена в другую. Тонкие стенки способствуют более эффективной отдаче тепла. Устройство компактное и лёгкое в обслуживании. Цена – от 7500 рублей.
3. Bowman 190 кВт. Устройство премиум-класса. Титановые трубки с противокоррозийным покрытием пригодны для взаимодействия с хлорированной и морской водой. Может работать как на нагрев, так и на охлаждение. Цена от 120000 рублей.

Пошаговая инструкция, как сделать своими руками

Устройство для обмена теплом от теплосети к воде можно сконструировать своими руками.

Инструменты и материалы

Чтобы сконструировать пластинчатый теплообменник собственноручно, потребуются:

• аппарат для сварки;
• болгарка;
• листы из нержавеющей стали — два из рифлёной, один из плоской. Толщина 4 мм;
• электроды.

Процесс изготовления

Весь процесс изготовления устройство делится на несколько этапов:

1. Необходимо нарезать пластины из рифлёной стали. Потребуется 31 пластина размером 300 на 300 мм.
2. Из плоского листа вырезается лента длиной 18 метров и шириной 10 мм. Ленту необходимо нарезать на части длиной по 300 мм каждый.
3. Квадраты из рифлёного материала свариваются друг с другом десятимиллиметровой полосой с разных сторон, соседние секции должны быть перпендикулярны. Получится 15 секций, обращённых в одну сторону и 15 в другую в виде куба.
4. К частям, где будет течь вода, необходимо приварить коллектор из плоской нержавеющей стали.
5. В каждом коллекторе сверлится отверстие, к нему приваривается соединительная часть трубы.
6. Конструкция монтируется открытой стороной к газовой системе.

Схемы подключения

Теплообменник может подключаться к системам отопления и водоснабжения по трём разным схемам: параллельной, двухступенчатой смешанной и двухступенчатой последовательной.

Параллельная

Наиболее простая в реализации и экономная схема. Обязательным условием является установка температурного регулятора. Недостатками являются не самое экономичное расходование тепла носителя, а также необходимость увеличенного трубопровода.

Двухступенчатая смешанная

Также требует регулятора температур. Значительно экономичнее параллельной схемы в плане потребления тепла. Однако сама по себе конструкция стоит дороже, так как требует сразу двух теплообменников. Оборудование необходимо подбирать очень точно в соответствии с конкретными условиями.

Двухступенчатая последовательная

При таком подключении входящий поток делится на два, один проходит через регулятор, а второй через нагреватель. Носитель тепла расходуется более эффективно по сравнению со смешанной. Также более эффективно распределяется нагрузка на сеть.

Минусом схемы является невозможность полной автоматизации. Несмотря на все преимущества, на практике схема используется редко из-за сильного влияния отопительной и водопроводной систем друг на друга и возможности перегрева отопительной сети.

Как использовать?

Существует два основных варианта использования теплообменника для нагрева воды:

1. Первый вариант – подогрев проточной воды. Недостатками этого метода являются ограниченный расход воды, сложность поддержания тепла, отсутствие запасов воды. Плюсы – компактность системы.
2. Нагрев в ёмкости. Теплообменник погружается в бак и заполняется водой. Конструкция позволяет поддерживать температуру длительное время, при этом всегда есть запас воды. Недостаток метода – большие габариты бака требуют много пространства.

Все, что необходимо знать о горячей воде, представлено в этом разделе сайта.

Заключение

Теплообменник – удобное и экономичное в быту устройство. В отличие от электрического водонагревателя не требует дополнительных затрат на электроэнергию и позволяет нагревать воду напрямую от системы отопления.

Существуют различные варианты конструкции данного прибора, но наибольшей популярностью для бытового применения пользуются пластинчатые и кожухообразные.