В каких случаях нужен теплообменник для систем отопления?

Часто в отоплении мы слышим слово «теплообменник». Вещица довольна интересная и применяется в разных ситуациях. В этой статье мы поговорим с Вами о том, что такое теплообменник для систем отопления и какой у него принцип работы.

Что такое теплообменник?

Теплообменник — устройство, внутри которого происходит теплообмен между двумя теплоносителями, имеющими разные температуры. Устройство и принцип работы теплообменника разделим на несколько подпунктов.

Виды теплообменников

Различают несколько видов данного устройства. Все теплообменники делятся на:

• трубчатые;
• пластинчатые — неразборные (паяные), разборные.

Трубчатые теплообменники — по сути труба большего диаметра, в которую вварены трубки меньшего диаметра.

Пластинчатые теплообменники — устройства, состоящие из набора пластин, в которых отштампованы волнистые каналы и поверхности для прохождения жидкости. Пластины укрепляются между собой стяжками и прокладками из резины.

Пластинчатые агрегаты более легки в ремонте. Также они имеют меньшие габариты. В трубчатых агрегатах теплообмен происходит в трубе малого диаметра, находящейся в трубе большого диаметра. Поэтому их можно использовать при высоких давлениях, а пластинчатые нельзя.

Из каких материалов изготавливают теплообменники

При изготовлении теплообменников для систем отопления используют различные материалы: нержавеющая сталь, силумин (сплав алюминия и кремния), латунь (используются для систем высокого давления), медь (используются в пивной промышленности, где нужно резко охладить пиво за счет эффекта большой теплопроводности) и другие.

Принцип работы теплообменника

Рассмотрим пластинчатый паяный теплообменник для систем отопления, который собран на заводе. У него есть четыре выхода (два контура). Теплообменник служит разделителем потоков по температуре, по давлению. Таким образом, можно разделить различные теплоносители, жидкости и кислоты.

Разберём принцип работы теплообменника для отопления в доме. На один контур теплообменника подключаются теплые полы, а на другой контур — теплоцентраль (подача и обратка). Напрямую подключать центральный теплоноситель к теплым полам нельзя, так как это может привести к их порче за короткий промежуток времени. На это есть ряд весомых причин

• в центральных теплосетях большое давление.
• большая температура
• в теплоносителе содержится много химических реактивов и растворенного железа.

На помощь приходит теплообменник, который позволяет разделить потоки и сделать в квартире автономную систему теплого пола с маленьким рабочим давлением 1,5 бар и чистой водой.

Теплообменник состоит из трех групп пластин:

1. Набранная пластина из центральной системы отопления с большой температурой и высоким давлением,
2. Набранная пластина автономной системы отопления с небольшим давлением,
3. Разделительная пластина, которая имеет небольшую толщину и осуществляет процесс передачи тепла от центральной системы отопления к автономной системе.

Мощность теплообменника зависит от количества пластин и их размеров. На любой теплообменник необходимо поставить очистительный фильтр, который будет удерживать различные грубые частицы (стружки, окалины, мелкие частицы). Периодически его необходимо промывать специальными средствами. В настоящее время на рынке представлен большой выбор подобных средств.

Внешний вид устройства

На любом теплообменнике нанесены технические характеристики:

• максимальная рабочая температура, например, 200 °C;
• максимальное рабочее давление, например, 30 бар;
• тестовое давление, например, 43 бара.

Указывается страна-производитель, технический паспорт на языке производителя, схема, обозначаются контуры. В случае необходимости паспорт можно перевести на русский язык. Устройство и принцип работы теплообменника от разных производителей иногда могут немного отличаться. Но суть остается одна.

Контуры теплообменника для отопления могут располагаться как вертикально, так и диагонально. На принцип работы это не влияет. Наиболее простое устройство — это диагональное расположение. В данном случае теплообменник необходимо вмонтировать строго в вертикальном положении.

Горячая вода из центральной системы отопления сверху вниз будет поступать в теплообменник, передавая свое тепло автономной системе через разделительную систему. На входе это будет очень горячая вода, на выходе уже вода с упавшей температурой. В контуре автономной системы теплоноситель будет идти снизу вверх. Внизу вода нагревается незначительно, а чем ближе к верху, тем нагрев будет сильнее. За счет такого устройства системе будет легче работать.

Процесс подачи воды в теплообменник осуществляется на принудительной циркуляции. Теплоэлектростанция работает на своих насосах. А автономная система теплого пола в квартире будет работать на своем циркуляционном насосе.

Установка теплообменника

Используя инструкцию по монтажу, необходимо правильно закрепить теплообменник. Он прижимается к стене за счет специальной консоли или крепежной ленты. Также можно установить теплообменник за счет уголка, который крепится к низу теплообменника. Плюс он завяжется трубами.

Дополнительно нужно смонтировать фильтры. Должен быть хотя бы фильтр грубой очистки на контур теплоэлектростанции. Если подключается к старой отопительной системе, то необходимо два фильтра. Один внизу, другой вверху.

Нужны краны и американки. Последние представляют собой быстроразъемные резьбовые соединения. Как правило, обычная простая американка состоит из четырех частей: двух резьбовых фитингов, накидной гайки и прокладки.

Очень важный момент при монтаже — это диаметр подключения, потому что прибор довольно компактный. В нем небольшой объем теплоносителя. Зазор между пластинами минимальный. Желательно брать такого же диаметра, который нам нужен, или больше. Например, 1 дюйм подключения. Лучше брать с запасом уровень мощности теплообменника. На габариты это не влияет. Буквально больше на один или два сантиметра. Но зато скорость теплосъема значительно увеличивается. Особенно это важно в системах, где теплоэлектростанция дает небольшую температуру. Например, при максимальной подаче температуры воды равной 65-70 °C, надо учесть данный факт, чтобы снять с теплоносителя максимально возможное количество теплоэнергии.

В каких сферах используется теплообменник

Сфера использования теплообменников очень обширная:

• системы отопления;
• системы охлаждения;
• при работе с химикатами;
• с солнечными коллекторами;
• для обогрева бассейнов;
• системы вентиляции;
• системы кондиционирования;
• в сфере машиностроения;
• металлургическая промышленность;
• фармацевтическая промышленность;
• пищевая промышленность (сахарная, пивная, молочная и прочие);
• автомобильная промышленность;
• химическая промышленность.

Устройство и принцип работы теплообменников влияет на работу различных сфер, среди которых как промышленное производство, так и объекты общественного и культурного значения. Вместе с этим их использование возможно и в системах отопления частных жилых домов, где вопрос поддержки температуры стоит наиболее остро. Установка и монтаж теплообменников может быть произведён как самостоятельно, так и при помощи специалистов. Смысл же устройства состоит в равномерном распределении тепла на помещение.

Какие бывают теплообменники и бойлеры отопления

К числу ключевых элементов отопительной системы можно отнести такие агрегаты, как теплообменники для отопления, а также бойлер или водонагреватель. Бойлер – это емкость достаточно большого объема, под или в которой располагается источник тепла. Для нагревания воды может использоваться либо водяной, либо паровой теплообменник. Этот прибор оборудован специальным отопительным котлом, задача которого заключается в нагреве воды, циркулирующей в замкнутом пространстве. Такие устройства получили название водонагревателей (бойлеров) косвенного нагрева.

Типы теплообменников

Функции теплообменников для котлов достаточно многочисленны и важны, поскольку именно от данного прибора во многом зависит назначение и конструкция самого используемого котла. Кроме этого с помощью теплообменника холодный теплоноситель получает необходимый объем тепла от уже нагретого. Еще одна важная функция: устройство осуществляет передачу энергии тепла от теплоносителя к санитарной воде, а также от сгораемого газа непосредственно к теплоносителю.

В зависимости от способа передачи тепла жидкостям выделяют следующие виды теплообменников:

1. Первичный – передача энергии осуществляется от газа к теплоносителю;
2. Вторичный (водоводяной) – передача энергии осуществляется от жидкости к теплоносителю;
3. Битермический (совмещенный), особенностью которых является двойной обмен тепла от теплоносителя к воде и от газа к теплоносителю.

Первичный

Первичный теплообменник – это достаточно большая медная труба, которая изогнута в одной плоскости в виде змеевика. В этой же плоскости располагаются пластины различного размера, выполненные из меди. Для предотвращения появления ржавчины поверхность данного агрегата покрыта специальной защитной краской. Мощность первичного теплообменника для отопления в первую очередь зависит от количества ребер и длины трубы.

В большинстве случаев такие приборы обладают примерно одинаковым конструктивным решением, различия же заключаются в способе подключения трубы, в размерах самого теплообменника, а также его мощности. Стоит отметить, что процесс обмена теплом между теплоносителями может быть существенно затруднен в случае загрязнения копотью и грязью.

Не меньшее отрицательное влияние оказывают и отложения солей внутри самого агрегата, препятствующие прохождению воды через бойлер. Это является следствием нарушения циркуляции теплоносителя, а также уменьшения теплопроводности стен прибора. По этой причине необходимо в профилактических целях заниматься своевременным обслуживанием теплообменника для отопления дома, а также выполнять его промывку и очистку.

Специалисты рекомендуют вместе с теплообменником покупать также и фильтры, которые помогут справиться с лишними отложениями и увеличить срок их полезного использования.

Вторичные

Вторичные теплообменники (они также получили название теплообменники горячего водоснабжения – ГВС), отличаются специальными пластинами, которые соединены друг с другом. Данные пластины производятся из нержавеющей стали. Подобные приборы чаще всего устанавливаются в котлах Linea (Bongioanni), Mini kW, Major kW (Immergas), а также Micra 2 (Hermann).

Водоводяной прибор позволяет рассчитывать на необходимый теплообмен благодаря высокому уровню теплопроводности пластин, а также большой площади теплообмена. Таких показателей удается достичь даже несмотря на тот факт, что скорость потока носителя тепла достаточно велика.

Однако благодаря большой скорости практически полностью исключена вероятность появления солей и отложений на стенках. Благодаря некоторым особенностям конструкции, водоводяной теплообменник отличается особыми качествами. К примеру, от количества пластин напрямую зависит мощность и площадь теплообмена. Кроме этого, в остальных разновидностях теплообменников холодная вода и теплоноситель двигаются навстречу, тогда как здесь направление их движения полностью совпадает.

Битермические

Конструктивной особенностью данной группы приборов является наличие сразу двух контуров: горячего водоснабжения и отопления. Такие агрегаты используются в котлах Linea Isy (Bongioanni), Immergas Star kW (Immergas) и Hermann Habitat 2 (Hermann). Если говорить непосредственно о строении модели, то отметим, что она представлена так называемой «трубой в трубе» (коаксиальной). Кроме этого, присутствуют медные пластины, которые расположены на поверхности прибора.

Отличия

Наружная труба предназначена для циркуляции теплоносителя в системе отопления, тогда как внутренняя – для движения санитарной воды. В отопительном режиме функционирования сгораемые газы выделяют тепло, которое доставляется прямо к теплоносителю. Если же теплообменник функционирует в режиме горячего водоснабжения, то тепло сначала передается теплоносителю, после чего оно достается контуру.

Если используется битермический теплообменник для отопления дома, то отпадает необходимость в установке таких гидравлических отопительных агрегатах, как вторичный теплообменник и трехходовой клапан.

Это самым положительным образом сказывается на цене котла, к тому же существенно увеличивается надежность функционирования устройства.

Недостатки

Однако без некоторых недостатков также не обошлось. К примеру, несколько ограничена передача тепловой энергии в режиме ГСВ, что, соответственно, ведет к уменьшению объемов приготовляемой нагретой воды, если сравнивать с остальными разновидностями теплообменников для отопления. Еще одно ограничение – специалисты не советуют эксплуатировать данное устройство в тех регионах, где вода отличается повышенным содержанием жестких солей в своем составе. Причиной является более интенсивное и ускоренное отложение солей из-за достаточно чувствительного перепада температур в режиме горячего водоснабжения и отопления.

Также стоит отметить, что некоторые теплообменники отличаются увеличенной емкостью. Установка таких котлов ведется в отопительных котлах самого высокого класса — Eura (Hermann). Своим внешним видом они больше всего напоминают 6-8-литровый бойлер для отопления, который оборудован специальным медным змеевиком, расположенным по всему объему агрегата. Такие теплообменники получили название мини-бойлеров. По змеевику проходит контур теплоносителя, а через стенки – контур горячего водоснабжения.

Бойлеры косвенного нагрева

Если же говорить непосредственно о водонагревателях и электрических бойлерах, то стоит отметить, что наибольшей популярностью пользуются бойлеры косвенного нагрева. Может быть несколько основных источников нагрева теплоносителя – нагревательная газовая горелка, которая находится под бойлером, трубчатый электронагреватель внутри него, а также тепло системы отопления. Емкость, в которой осуществляется непосредственно процесс нагревания, с внешней стороны защищена специальным кожухом, а также слоем теплоизоляции, чтобы через водонагреватель не происходило дополнительных теплопотерь.

Нагревательный прибор соединен с пультом управления, который обязательно оснащен специальным датчиком для проверки температуры. В качестве такого датчика зачастую выступает биметаллический термостат. Если датчик сигнализирует о том, что температуры ниже нормы, то автоматически начинается нагрев жидкости.

Бойлеры закрытого типа

Выделяют две разновидности водонагревателей для отопления – открытые и закрытые. Закрытые бойлеры нашли свое применение в централизованной системе водоснабжения. В таких устройствах используются различные металлы (медь, нержавеющая сталь, эмалированная сталь) для изготовления бойлеров для отопления.

Стоит отметить, что подобные водонагреватели отличаются повышенным давлением, причиной которого является расширение жидкости во время нагревания.

Во избежание поломок агрегата и выхода его из строя используется специальный расширительный бак, который предназначен для излишков воды. К тому же такой бак может быть дополнительно оборудован термосмесителем, манометром, а также редуктором давления.

Открытые бойлеры

Открытые водонагреватели для отопления отличаются в первую очередь тем, что они могут снабжать горячей водой лишь одну водоразборную точку, для чего используется специальное оборудование под названием спецсмеситель. При включении спецсмесителя подключение теплообменника к магистральной трубе перекрывается. Давление сетевой воды достаточно велико именно на входе в нагреватель, а не на выходе из него. В результате этого компании-производители имеют возможность использовать не самые прочные и дорогие материалы для создания нагревательной емкости, поскольку давление на стенки емкости не самое высокое.

Кроме этого, данная арматура призвана исполнить роль группы безопасности и расширительного бака, сливая лишнюю воду в раковину при ее расширении. Закрытые бойлеры также могут быть оборудованы подобным спецсмесителем, однако открытые бойлеры для отопления дома без данного агрегата функционировать не смогут.

Нюансы подачи холодной воды

Напоследок отметим, что не нагретая вода должна подаваться под очень высоким давлением в емкость, чтобы уже нагретая жидкость начала выливаться из бойлера – лишь в этом случае можно утверждать, что водоразбор успешно завершился. Ведь если давление воды на входе очень маленькое, то горячая вода не сможет покинуть бак, поскольку трубка для выхода нагретой жидкости находится в самой высшей точке нагревателя. Холодная вода заливается с нижней части, причем благодаря специальному приспособлению – штуцеру – эта жидкость стелется на дне бойлера.

Таким образом, имеется несколько видов водонагревательных элементов, которые предназначены для нагрева воды и ее подачи. Каждая из этих разновидностей отличается собственными достоинствами и недостатками, и лишь потребитель решает, какой из бойлеров является оптимальным именно для его системы.

Самостоятельное изготовление теплообменника

Теплообменник вполне доступен для самостоятельного изготовления, что неоднократно использовалось многими домашними умельцами для создания этого агрегата отопления с минимальными финансовыми затратами. Если рассматривать основные типы теплообменников, изготовленные своими силами, можно выделить следующие их разновидности: выполненные собственными руками бойлеры открытого типа и расположенные вблизи источника тепла змеевики.

Вариант первый

В первом случае используется любая открытая емкость, имеющая достаточную прочность для накопления воды под нормальным давлением. Нагрев в таком изготовленном своими руками агрегате осуществляется с помощью погружения в емкость источника передачи тепла. Такие конструкции популярны для получения горячей воды в небольших загородных домах и других постройках для временного использования.

Вариант второй

Второй тип доступных для изготовления своими руками теплообменников представляет собой изогнутую трубу (змеевик), которую пропускают в непосредственной близости от котла отопления, домовой печи либо другого источника высокой температуры. Вода в трубе нагревается косвенным путем и поступает потребителю.