Что такое теплообменник в системе отопления

Немногие знают, как поступает горячая вода в дома и каким образом осуществляется центральное отопление. Одним из элементов этой большой сети являются теплообменники, которые работают как от небольших котельных, так и общегородских ТЭЦ.

Разберем подробнее, что такое теплообменник в системе отопления, как работает и особенности его выбора.

Стандартный разборный теплообменник

Что такое теплообменник и пластинчатый в частности

Теплообменник — это аппарат, задача которого передавать тепло от одной среды к другой без их смешивания. Есть два наиболее распространенных типа этого оборудования:

Кожухотрубные. Внутри находится комплект изолированных трубок, которые вставлены в кожух. Через него происходит циркуляция холодной воды, а нагревательным элементом выступают внутренние трубки, через которые проходит горячая жидкость.

Пластинчатые. Принцип работы тот же, но передатчиком тепла является комплект пластин. Они достаточно компактные, однако в эффективности теплообмена не уступают кожухотрубным теплообменникам.

Материал для изготовления пластинчатого теплообменника

Пластинчатые теплообменники могут быть нескольких типов:

Разборные представляют собой большое количество плоских элементов. Они легко разбираются для промывки и ремонта, поэтому многие ТЭЦ и ИТП используют именно этот вариант.

В основе паяных содержится комплект пластин, которые спаяны между собой. Поэтому собрать и разобрать устройство невозможно.

В полусварных теплообменниках пластины свариваются по парам. С внешней стороны устанавливаются уплотнения, а парные элементы привариваются между собой. Такой вариант часто используют в работе с агрессивными средами.

В сварных аппаратах все пластины свариваются между собой без добавления уплотнителей. Одна из жидкостей проходит по гофрированному каналу, а вторая — по трубчатому.

Главными элементами пластинчатого теплообменника являются комплект пластин и уплотнительные прокладки, которые расположены между пластинами. Выбор материалов зависит от среды, которую необходимо нагревать.

Пластины — главный элемент нагревательной системы

Устройство пластин

Внутренние пластины имеют одинаковый состав и устройство. Для теплообменников, используемых в коммунальной энергетике, в большинстве случаев применяется нержавеющая сталь типа AISI316.

Реже встречаются более дорогие металлы, например, титан или латунь. Такие материалы могут работать с агрессивными средами. К примеру, их можно найти в теплообменниках морских судов, где агрессивным элементом является морская вода.

Требования к прокладкам

Материал уплотнительных прокладок — это полимерные соединения, в составе которых преимущественно каучук. При выборе нужно учитывать агрессивность теплоносителей:

EPDM — пресная вода с гликолем;

Нитрил — жидкости с маслянистой средой, например, технические масла;

Витон — жидкости, которые нужно нагревать до температуры выше 100 градусов по Цельсию.

Принцип работы теплообменника

Пластины теплообменника имеют по 4 отверстия, по одному в каждом углу, которые предназначены для входа и выхода греющей и нагреваемой среды:

Одна пара необходима для прохождения первичного теплоносителя с высокой температурой, который подается с ТЭЦ.

Вторая пара — для вторичного теплоносителя, который подается, например, в систему отоплен

ия. Он изначально холодный, поэтому нагревается за счет первичной жидкости.

Для более интенсивного теплообмена, устройство каналов выполнено таким образом, что при прохождении теплоносителя внутри теплообменника создается турбулентное завихрение потока. Так достигается максимальное сопротивление течению, турбулентность потока уменьшает образование накипи на пластинах.

Преимущества паяного пластинчатого теплообменника

Паянный теплообменник имеет несколько основных достоинств наряду с другими типами устройств:

стоимость, в сравнении с разборным, — на 30% меньше;

конструкция выдерживает температуру до 200 градусов по Цельсию;

небольшой размер и масса, так как зажимов и уплотнительных прокладок нет;

подходит для установки в частном доме и подключению к котлу;

спайка проводится с добавлением никеля или меди, которые устойчивы к любым агрессивным средам.

Системы и особенности теплообмена: задача теплообменника

Пластинчатые теплообменники можно использовать в различных системах на промышленных объектах и жилых зданиях.

В многоэтажных домах преимущество отдается разборным аппаратам

В многоквартирном доме

В подключении систем отопления и горячего водоснабжения чаще участвует стандартный разборный аппарат. Причин его установки в многоквартирном доме несколько:

срок эксплуатации — от 25 лет, однако уплотнения необходимо менять каждые 5-10 лет;

устройство легко разбирается и поддается ремонту;

мощность можно регулировать самостоятельно, изменив количество пластин.

Такой вариант теплообменника для отопления подходит и для промышленных зон.

Самостоятельный ремонт теплового оборудования недопустим

В частном доме

В частном доме рекомендовано использовать паяный теплообменник по нескольким причинам:

подходит для агрессивной среды;

срок службы аппарата — 15 лет;

гарантирует высокий КПД, благодаря минимальной потере тепловой энергии и высокому уровню теплоотдачи;

так как в конструкции нет уплотнений, протечки невозможны.

Сборка устройства достаточно проста и не занимает много времени.

Оборудование требует регулярную проверку уплотнителей и чистку от накипи

От чего зависит эффективность теплообменника

Качество работы оборудования зависит от:

объема энергии, необходимого для передачи;

организации ремонтных работ.

От этих параметров зависит общая стоимость оборудования и обслуживания, которые влияют на работу устройства.

Как правильно выбрать теплообменник

При установке аппарата в жилом доме требуется сделать детальный расчет. В него входят несколько характеристик:

площадь отапливаемых помещений или примерный расход горячей воды;

температура первичного теплоносителя;

температура холодной воды.

Расчеты проводятся компанией-поставщиком оборудования, которая на основе результатов предлагает варианты теплообменников, которые подойдут для использования в указанных целях.

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.