Водоподогреватели: их назначение, типы, устройство

В системах отопления и горячего водоснабжения используются водоподогреватели (бойлеры) и по конструктивному выполнению подразделяются на емкостные и скоростные (кожухотрубные и пластинчатые).
Емкостные водоподогреватели. применяются в системе горячего водоснабжения с периодическим разбором горячей воды, т. е. используются как баки-аккумуляторы.

Емкостные водоподогреватели типа СТД и «Энергия» (рис. 97) состоят из корпуса, внутри которого размещен змеевик из стальных труб. Для надежной эксплуатации змеевик устанавливается на опорах, а отдельные части скрепляются скобами.

Холодная вода из водопровода подается в водоподогреватель через нижний патрубок, а нагретая на потребление — через верхний патрубок. Впереди водоподогревателя имеются два патрубка: один — для подачи пара, другой — для отвода с него конденсата. Против повышения давления воды в водоподогревателе более чем на 10 %, устанавливается рычажно-грузовой предохранительный клапан. Давление и температуру нагреваемой воды определяется по манометру и термометру. На входе пара в змеевик должен быть клапан или задвижка.

Емкостные водоподогреватели выполняются нескольких типоразмеров, и для каждого из них принята определенная поверхность нагрева змеевика, обеспечивающая температуру нагрева воды от 5 до 75 °С на протяжении 1 ч при рабочем давлении пара в змеевике 5 кгс/см2 (0,5 МПа). Емкость водоподогревателя подразделяется на общую и рабочую (выше змеевика).

Пароводяные четырехходовые скоростные водоподогреватели (рис. 98) состоят из корпуса, к которому на болтах присоединены передняя и задняя камеры (в последней размещен колпак).

Рис.98. Четырехходовой пароводяной скоростной водоподогреватель: 1 — колпак; 2 — задняя крышка корпуса; 3 — патрубок для выпуска воздуха; 4 — патрубок ввода пара; 5 — корпус водонагреваеля; 6 — трубная система; 7- передняя крышка корпуса; 8 — термометр; 9 — патрубок отвода конденсата

В водоподогревателе латунные трубки Ø16 х 1 мм или Ø16 х 0,75 мм с обеих сторон ввальцованы в трубные решетки: передняя жестко закреплена фланцами между корпусом и передней камерой, а задняя соединена с внутренним колпаком, свободно размещенным в задней камере, которая дает возможность перемещаться и таким образом компенсировать удлинение трубок при их нагреве. Такие водоподогреватели не требуют компенсаторов. Холодная вода через входной патрубок поступает в водоподогреватель, циркулирует по трубам, нагревается и подается в тепловую сеть через выходный патрубок.

Пар через верхний патрубок 4 поступает в межтрубное пространство водоподогревателя, нагревает трубки 6 и, конденсируясь, отводится через нижний патрубок 9.

В скоростных водоподогревателях такого типа устанавливаются трубки длиной 2 или 4 м. Для предотвращения прогиба трубок их устанавливают на специальные опоры. Пароводяные водоподогреватели используются для нагрева воды в системах водяного отопления на котельных с паровыми котлами.

Водоводяные водоподогреватели. В системах горячего водоснабжения на ЦТП и котельных используются скоростные водоводяные подогреватели (рис. 99,100). Корпус 1 изготавливается из бесшовной трубы Ø 57-530 мм с поверхностью нагрева 0,37-83,4 м2. Внутри раз¬мещены латунные трубки 016 х 1 мм в количестве от 4 до 151 шт.

Рис. 99. Водоводяной подогреватель: 1 — корпус; 2 — трубные доски; 3 — трубный пучок; 4 — опорные кольца; 5 — соединительный калач; 6 — пере­ходной патрубок; 7- компенсатор

Такие водоподогреватели компактны, занимают мало места и котельных или бойлерных. Секции водоподогревателей между со бой соединяются с помощью калачей 5. В водонагревателях набивающая вода подается в межтрубное пространство, нагреваемая проходит по латунным трубкам.

Рис. 100. Водоводяные разъемные подогреватели: а — односекционный; б — многосекционный

Теплообменники пластинчатые разборные. Теплообменники предназначены для теплообмена между различными жидкостями, а так же между жидкостью и паром и применяются в качестве холодильников, подогревателей, конденсаторов в различных областях промышленности.

Теплообменники используются для работы при избыточном давлении до 10 кгс/см2 (1,0 МПа) и температуре рабочей среды от -30 до +180 °С и собираются из унифицированных сборных единиц и деталей и могут иметь поверхность теплообмена от 3 до 800 м2. Теплообменник состоит из тонких штампованных пластин из нержавеющей стали с гофрированной поверхностью, собранных на раму консольного типа.

Рама состоит из неподвижной плиты с закрепленными штангами, прижимной плиты и стяжных болтов. Пластины собираются на раму так, чтобы одна пластина относительно другой была повернута на 180°, причем резиновые прокладки повернуты в сторону прижимной плиты. Пустоты между соседними пластинами являются каналами для прохода теплоносителя.

Группа пластин, образовывающих систему каналов, в которых рабочая среда движется только в одном направлении, составляет пакет. Один или несколько пакетов, зажатых между неподвижной и прижимной плитами, называются секцией. По углам пластин есть отверстия, которые образуют в собранной секции распределительные коллекторы для теплоносителя. Уплотнение пластин между собой осуществляется по уплотняющему пазу резиновой прокладкой.
По щелевым каналам из соответствующих коллекторов по одну сторону каждой пластины движется горячий теплоноситель, по другую — холодный. Теплоносители движутся противотоком (рис. 101).

Рис. 101. Схема движения теплоносителей в пластинчатом теплообменнике

За счет гофрированной поверхности пластин поток жидкости за-вихряется. Турбулизация и тонкий слой жидкости дают возможность получить высокий коэффициент теплопередачи при сравнительно малых гидравлических сопротивлениях.
При появлении на поверхности пластин различных загрязнений теплообменник можно легко и быстро разобрать, очистить и снова запустить в работу.

Водоподогреватели для централизованного горячего водоснабжения

· емкостные (рис. 4.9, в),

· скоростные (рис. 4.9, а).

В зависимости от вида теплоносителя водоподогреватели подразделяются на пароводяные и водоводяные.

В системах отопления и горячего водоснабжения со значительными расходами теплоты и при присоединении к теплосетям от крупных центральных источников теплоснабжения (ТЭЦ, районные котельные) применяют скоростные водоподогреватели (водонагреватели). Эти водоподогреватели, благодаря большим скоростям прохода нагреваемой и греющей воды (в водоводяных подогревателях), обладают повышенной теплоотдачей нагревательных поверхностей, а, следовательно, и малыми размерами.

К скоростным водоподогревателям относятся:

Рис. 4.9. Водонагреватели:

(а – скоростной водонагреватель; б – схема установки водонагревателя;

в – емкостной водонагреватель)

1 – входной патрубок; 2 – трубные решетки; 3 – теплообменные трубки;

4 – линзовый компенсатор; 5 – корпус секции водонагревателя;

6 – генератор тепла; 7 – тепловая сеть (контур теплоносителя);

8 – водонагреватель (водоводяной); 9 – предохранительный клапан,

10 – термометр, 11 – манометр; 12 – корпус; 13 – крышка

Скоростные водонагреватели(рис. 4.10, 4.11) применяют для быстрого нагрева воды. В них нагреваемая вода движется по трубкам (медным или латунным диаметром 14 или 16 мм) со скоростью 0,5–2,5 м/с, в зависимости от теплоносителя («вода» или «пар»). Теплоноситель вводят в межтрубное пространство, а нагреваемую воду – в трубки.

Рис. 4.10. Трубчатый противоточный водонагреватель:

(а – односекционный; б – многосекционный)

1 – корпус; 2 – трубная решетка; 3 – опорные перегородки;

4 – подсоединительные патрубки; 5 – теплообменные трубки

Рис. 4.11. Кожуховый секционный водонагреватель типа

«труба в трубе»

На рис. 4.12 показано монтажное положение скоростных водоподогревателей для систем горячего водоснабжения.

Рис. 4.12. Монтажное положение скоростного водоподогревателя:

1 – калач сварной; 2 – то же гнутый; 3 – линзовый компенсатор;

4 – стойка с кронштейнами

Пластинчатые теплообменники (рис. 4.13) имеют сложную гофрированную конфигурацию пластин, являющихся поверхностью теплопередачи. Это обеспечивает высокую турбулентность потоков в теплообменнике, в результате коэффициент теплопередачи в 3–5 раз выше, чем в традиционных трубчатых водоподогревателях. Пластинчатые теплообменники занимают в 3 –4 раза меньше полезной производственной мощности; кроме того, они компактны и легки.

Пластинчатые теплообменники «Альфа-Лаваль»выпускаются разборными, паяными, без прокладок, с медным припоем.

Поверхность теплопередачи паяного пластинчатого теплообменника состоит из пакета тонких гофрированных металлических пластин, размещенных между двумя торцовыми пластинами. В единый теплообменный блок пластины соединены способом пайки в вакуумной печи. Гофрированная поверхность пластин обеспечивает высокую степень турбулентности потоков и жесткость конструкции теплообменника.

Рис. 4.13. Схема компоновки пластинчатого теплообменника

Из-за малого коэффициента теплопередачи (290–350 Вт/м 2 °С при теплоносителе «вода» или 700–800 Вт/м °С при теплоносителе «пар») в емкостных водонагревателях малые скорости протекания нагреваемой воды. Емкостные водонагреватели функционально совмещают в одном теплообменном аппарате два аппарата – водонагреватель и аккумулятор теплоты и относятся к теплообменным аппаратам малой теплопроизводительности и большой теплоемкости.

Нагревательный элемент представляет собой гребенчатый змеевик, выполненный из U-образных трубок или пучков прямых трубок, собранных с помощью замыкающих коллекторов.

На рис. 4.14 показано монтажное положение емкостного пароводяного водоподогревателя. Преимущество емкостных водонагревателей – простота действия и совмещенность в одном приборе двух: водонагревателя и бака-аккумулятора.

Емкостные водонагреватели бывают горизонтальными и вертикальными; в качестве теплоносителя используется пар или сетевая вода.

Рис. 4.14. Монтажное положение емкостного пароводяного водоподогревателя:

1 – патрубок нагретой воды; 2 – рычажной предохранительный клапан; 3 – патрубок подвода холодной воды; 4 – патрубок отвода конденсата; 5 – патрубок подвода пара;

6 – змеевик; 7 – манометр; 8 – термометр

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

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.