Теплообменник для ГВС от отопления — виды и варианты установки

Основная функция теплообменника для котла

На горелку котла подают газ и воздух для сжигания. Газ горит, выделяя тепло, продукты сгорания выводятся вовне. Источник тепла в этом случае – элемент неподвижный.

Теплоноситель – вода или антифриз – поступает в теплообменник. Это устройство, которое обеспечивает теплообмен между двумя средами с разной температурой. Последний размещается в камере сгорания над горелкой. Вода, двигаясь по теплообменнику, нагревается и подается в трубы отопления. Чаще всего устройство имеет вид набора пластин или трубок. Чем больше его рабочая поверхность, тем лучше и быстрее нагревается вода.

Как работает теплообменник в системе отопления

Схема отопления через теплообменник

Принцип работы пластинчатого теплообменного аппарата в системе отопления выглядит следующим образом:

1. Из котельной нагретый теплоноситель поступает в теплообменный аппарат.
2. Через пластины тепловая энергия с эффективностью до 95% передается теплоносителю в контуре потребителя.
3. Далее нагретая вода по трубам поступает конечным потребителям в радиаторы отопления.
4. Отработанный теплоноситель поступает на обратку теплообменника уже с меньшей температурой, где, вновь проходя через пластины, подогревается и поступает в батареи.
5. Скорость движения теплоносителя во внутреннем контуре регулируется с помощью циркуляционного насоса, который устанавливается на обратке.
6. Для того, чтобы компенсировать потери теплоносителя во внутреннем контуре отопления, применяются подпиточные насосы, которые забирают часть воды с обратки внешнего контура, идущего в ТЭЦ или котельную. Поскольку количество подпиточного материала мало по отношению к основному теплоносителю в домовой системе отопления, то качество воды в трубах жилого дома не ухудшается в течение всего отопительного сезона.
7. В работе независимой системы отопления используется различная автоматика и регулирующая запорная арматура для постоянного поддержания требуемых характеристик: температуры, скорости движения теплоносителя, падения давления.

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.

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.

Конструкция теплообменного прибора напрямую зависит от его типа. Современные приборы для обогрева состоят из двух прижимных плит с отверстиями, к которым подключаются дополнительные элементы трубопровода. Носитель и потребитель тепла также поступают внутрь прибора благодаря наличию отверстий. Принцип работы теплообменника достаточно простой, его можно рассмотреть на примере пластинчатого агрегата. Поток тепла в таком приборе влияет на гофрированный слой в нем, постепенно набирающий скорость в процессе работы.

После запуска первого этапа среды начинают перемещаться навстречу друг другу с обеих сторон во избежание смешивания. На пластинах, расположенных параллельно, формируются рабочие каналы, во время перемещения по ним в каждой среде происходит тепловой обмен, в результате чего тепло выходит за пределы агрегата.

По способу взаимодействия сред тепловые обменники могут быть поверхностными и смесительными. Схема подключения смесительного теплообменника считается более сложной.

Смесительные

В основе работы смесительных агрегатов лежит контакт двух веществ и смешивание потребителя и носителя тепла. Смесительный теплообменник для отопления делится на несколько категорий, сюда входят градирни с дымоходом, паровые барботеры, а также конденсаторы барометрического типа и сопловые подогреватели.

Поверхностные

https://www.youtube.com/watch?v=

Поверхностный теплообменник работает в котельной за счет передачи тепла сквозь контактную поверхность. Это могут быть пластины или труба в зависимости от типа прибора. Среды внутри таких агрегатов не смешиваются между собой, в чем заключается их главное отличие от смесительных аналогов.

По принципу передачи тепла поверхностные тепловые обменники делятся на два типа: регенеративные и рекуперативные.

• Принцип действия рекуперативного теплообменника основан на непрерывной передаче тепла сквозь контактную поверхность. Таким образом работают многие приборы пластинчатого типа.
• Стандартный или вторичный регенеративный агрегат предназначен для охлаждения и нагревания воздуха. В этих устройствах движение носителя и потребителя тепла происходит в периодическом режиме. Такие установки часто применяются в офисных многоэтажных зданиях.

Кожухотрубные

Кожухотрубной прибор изготовлен из ребристых труб, увеличивающих площадь поверхности, которая передает тепло. Он может иметь конструкцию, включающую трубные решетки, с жесткой сцепкой всех деталей и элементов. Решетки в таком устройстве привариваются к стенкам корпуса, на сцепке к нему прикрепляются трубы. Конструкция с плавающей головкой считается более совершенной, аппараты этого типа стоят дороже, но считаются более практичными.

Погружные

Приборы такого типа часто устанавливают в многоэтажках. В них установлен змеевик в форме цилиндра, размещенный в сосуде с жидкостью. За счет простой конструкции время на отдачу тепла заметно сокращается.

Спиральные

Обвязка такого теплообменника состоит из металлических листов, скрученных в спираль и закрепленных на крене. Агрегатам этого типа нужна хорошая герметизация. Также нужно учесть, что установка спирального теплообменника требует специальных навыков. Спиральные приборы не используют в системах с давлением более 10 кгс/см2.

Пластинчатые

Пластинчатые приборы заслуженно считаются наиболее совершенными и идеально подходят как для частных домов, так и для производственных помещений. Они не доставляют проблем во время сборки и чистки, имеют минимальную степень сопротивления гидравлике. Схема подачи рабочей среды в них может осуществляться тремя способами: прямоточным, смешанным и противоточным.

Материал изготовления

Изготавливают теплообменник для котла из материалов прочных, хорошо проводящих тепло, не склонных к коррозии и достаточно устойчивых к давлению. Поскольку приходится учитывать и стоимость материала, выбор невелик.

Это самый доступный материал. Сталь очень прочная, но хорошо поддается обработке. Цена невелика. Плюс такого варианта – стойкость к высокой температуре. Сталь пластична и при нагреве не покрывается трещинами, не деформируется даже на участках, контактирующих с горелкой.

Стальной теплообменник на твердотопливный или газовый котел склонен к коррозии. Вода внутри трубок и продукты сгорания в камере котла разрушительно действуют на материал. Это сказывается на долговечности. Модель из стали много весит, это приводит к дополнительному расходу топлива на прогрев самого элемента.

Материал гораздо устойчивее к коррозии чем сталь, не боится ржавчины и действия кислотных ангидридов. Срок эксплуатации достигает 50 лет. Однако чугун – сплав хрупкий, под действием температуры может растрескиваться. Чтобы избежать повреждений, чугунный трубчатый теплообменник необходимо промывать: если используется обычная вода, то 1 раз в год; если антифриз – то 1 раз в 2 года; если дистиллированная жидкость – 1 раз в 4 года.

Вес элемента из чугуна еще больше, поэтому на нагрев приходится тратить больше топлива и времени.

Медь – благородный металл, не подверженный никаким видам коррозии. Она химически инертна, отлично переносит давление. Медь лучше проводит тепло, поэтому для нагрева самого элемента и протекающей жидкости требуется меньше топлива. Вес медной модели невелик, размеры компактны при очень развитой рабочей поверхности.

Классификация теплообменников

Газовые котлы могут выполнять несколько функций. Главная – обогрев жилища. Однако двухконтурные модели также нагревают воду для разных бытовых нужд: от мытья посуды до ванной. По этому признаку и различают теплообменники.

Первичные

Обслуживает систему отопления. Представляет собой трубу с довольно большим диаметром, изогнутую в виде змеевика в одной плоскости. Чтобы увеличить рабочую поверхность устройства, здесь же размещают пластины разного размера.

Первичный теплообменник подвергается самым высоким нагрузкам. Извне на него действуют продукты сгорания – копоть, грязь, кислотные ангидриды, изнутри – соли, растворенные в теплоносителе. Чтобы снизить износ, деталь покрывают краской и обрабатывают антикоррозийными составами.

Лучший вариант – теплообменник из нержавейки или меди, так как он не подвержен ржавлению и не боится отложения солей.

Вторичные

Такой теплообменник нагревает жидкость для горячего водоснабжения. Температура его нагрева меньше, но и нагревать воду для бытовых нужд выше 60 С не стоит. Чаще всего это пластинчатая конструкция: собирается из множества пластин с выдавленными ходами, по которым циркулирует водопроводная вода. Многоходовые модели более эффектны, так как в пределах одной пластины жидкость несколько раз меняет направление, то есть находится в ней дольше и прогревается лучше. Изготавливают его из стали, меди, алюминия.

Битермические

Представляет собой вставленные друг в друга 2 трубы. По внутренней перемещается теплоноситель, по внешней – вода для ГВС. Жидкость для отопления нагревается в камере сгорания и частично отдает тепло воде для бытовых нужд.

Конструкция гораздо дешевле. Но хотя вода здесь нагревается быстрее, ее объем ограничен. Кроме того, битермический теплообменник очень чувствителен к качеству воды и намного быстрее загрязняется. Чистить прибор недостаточно. Чтобы предотвратить быстрое засорение и вывод из строя, необходимо установить на входе фильтры для воды.

Достоинства и недостатки

Современные агрегаты просты в обслуживании и не доставляют проблем во время разбора и промывания устройства. Пластинчатые теплообменники, которые устанавливают чаще всего, загрязняются медленнее за счет повышенной турбулентности и качественной полировки.

Критерии выбора

В список основных критериев, на которые необходимо обращать внимание при выборе, входит:

• тип и качество применяемого теплового носителя;
• простота разборки и сборки;
• тип передачи тепла;
• возможность наращивать объем мощности в процессе эксплуатации.

При выборе устройства учитывают назначение – в данном случае это нагрев теплоносителя, и тип среды – пар, воду, антифриз. Газовый котел обычно работает с водой, но бывают исключения.

Остальные критерии выбора:

• Температура теплоносителя на входе и выходе – необходимо рассчитать, какое количество тепла должен получать потребитель. Исходя из этих данных вычисляют мощность теплообменника.
• Допустимые потери по давлению – давление воды во время прохождения по теплообменнику снижается. Если оно падает слишком низко, не удается создать столб горячей воды достаточной высоты.
• Максимальная рабочая температура – на горелке достигает 600–700 С. Такую температуру выдерживает чугунный и стальной теплообменник, медный с некоторым трудом. Алюминиевую модель использовать запрещается.
• Максимальное рабочее давление – не ограничивает выбор конструкции или материала.

Правильная эксплуатация

Транспортировка, монтаж и эксплуатация теплообменного устройства подробно описаны в инструкции:

• Теплообменник в аппарате размещают так, чтобы к нему был свободный доступ для осмотра и ремонта.
• Запуск выполняют при стабильных показателях давления и температуры. Нельзя повышать температуру быстрее, чем на 10 градусов в минуту или увеличивать давление больше, чем на 10 бар в час.
• При заполнении водой воздушные клапаны и вентили за теплообменником остаются открытыми. После запуска насоса их закрывают. Таким образом добиваются стабильного давления.
• Изменять параметры нагрева нужно плавно. Чем медленнее это происходит, тем дольше прослужат уплотнители и сам теплообменник.
• Периодически устройство нужно чистить. Пластинчатый очищают прямо в раме, затем вынимают пластины и промывают. Возможен другой метод: сначала изъятие, а затем очистка пластин. Кожухотрубные чистить не рекомендуют. При сложных засорениях мастер ставит заглушку.
• Перед повторным пуском проверяют состояние всех прокладок. Давление и температуру устанавливают как при 1 запуске.

Своевременный осмотр, профилактика и замена деталей помогут сэкономить на ремонте и покупке нового прибора. На работе агрегата негативно сказывают процессы коррозии и эрозии деталей, фрикционный износ во время повышенной вибрации, а также воздействие высоких температур.

Если не устранить проблемы вовремя, конструкция может выйти из строя. Очистку устройства можно проводить самостоятельно или доверить ее специалисту.

Возможные неисправности

Большинство неполадок требует вмешательства специалистов. Некоторые может устранить и пользователь:

• Снижение давления – если вызвано загрязнением, достаточно почистить теплообменник. При неправильном подключении к сети нужно сверить подсоединение с чертежом в инструкции.
• Снижение КПД – при механическом загрязнении устройство промывают. Если причина в накоплении масла, некондиционных газов, устанавливают дополнительные устройства для их вывода.
• Протечка – чаще всего вызвана разложением уплотнителей. Их заменяют.
• Смешение рабочих сред – возникает при коррозии пластин или трубок. Пластины можно заменить частично, кожухотрубный теплообменник придется ставить новый.

Популярные производители

На российском рынке хорошо зарекомендовали себя разборные и паяные тепловые обменники от брендов РИДАН и ASTERA, отличающиеся высоким уровнем качества и доступностью необходимых запасных элементов.

Из зарубежных брендов покупатели чаще выбирают дизельные и стандартные устройства от ALFA LAVAL, DANFOSS и SONDEX.

При выборе агрегата нужно учитывать особенности системы в целом, смету, если речь идет о проекте, требования по количеству кВт, а также другие необходимые параметры.

Теплообменники выпускают многие производители. Наиболее популярными в 2019 году были следующие компании.

Navien

Крупнейший корейский производитель. Выпускает изделия, предназначенные для бытовых котлов. Преимущество – стойкость к низкому качеству воды и гидроударам. Устройство прекрасно адаптировано к плохим условиям эксплуатации.

Итальянский изготовитель. Представляет на рынке настенные и конденсационные котлы напольные с чугунным теплообменником, а также электрические обогреватели.

Первичные теплообменники компания выполняет из меди и латуни. Для вторичных пластинчатых используется нержавеющая сталь. Это повышает стоимость изделий, но обеспечивает максимальную долговечность.

И другие

На рынке есть и другие достойные производители:

• Fondital Victoria Compact – итальянская фирма. Предлагает битермические медные теплообменники высокой производительности.
• Белето – известный российский завод, выпускает разнообразное газовое оборудование. Изготавливает стальные, чугунные и медные теплообменники разного типа.
• Аристон – предлагает алюминиевые и медные теплообменники. Материалы нечувствительны к коррозии, а технология изготовления гарантирует их прочность.