Устройство и принцип работы теплообменника для систем отопления

Рассмотрим теплообменники для горячего водоснабжения, их назначения, функции и разновидности. Уделим внимание принципам работы и подключения, техническому обслуживанию.

Принцип работы

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. Горячий теплоноситель отдает часть тепла трубкам, по которым течет. По другим, параллельно расположенным каналам, течет вода, которую необходимо нагреть. Контактируя с нагретыми теплоносителем стенками, она нагревается. Именно так и работает теплообменник для горячей воды от отопления.

Принципиальная схема использования теплообменника для подготовки горячей воды от отопленияПринципиальная схема использования теплообменника для подготовки горячей воды от отопления

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.

Применение пластинчатого теплообменника для ГВС

 Нагрев воды от теплосети полностью обоснован с экономической точки зрения – в отличие от классических водонагревательных котлов, использующих газ или электроэнергию, теплообменник работает исключительно на отопительную систему. В результате конечная стоимость каждого литра горячей воды оказывается для домовладельца на порядок ниже.

Пластинчатый теплообменник для горячего водоснабжения использует тепловую энергию теплосети для нагрева обычной водопроводной воды. Нагреваясь от пластин теплообменника, горячая вода поступает к точкам водоразбора – кранам, смесителям, душевую в ванной комнате и пр.

Отбор тепла от котла отопления

 Важно учитывать, что вода-теплоноситель и нагреваемая вода никак не контактируют в теплообменнике: две среды разделены пластинами теплообменного аппарата, через которые осуществляется теплообмен.

Использовать воду из системы отопления в бытовых нуждах напрямую нельзя – это нерационально и зачастую даже вредно:

  • Процесс водоподготовки для котельного оборудования – достаточно сложная и дорогая процедура. 
  • Для умягчения воды часто используются химические реагенты, которые негативно сказываются на здоровье.
  • В трубах отопления с годами скапливается колоссальный объем вредных отложений.

 Однако использовать воду отопительной системы косвенно никто не запрещал – теплообменник ГВС обладает достаточно высоким КПД и полностью обеспечит вашу потребность в горячей воде.

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 использовать теплообменники для получения ГВС от отопления

Есть несколько возможностей нагревать воду для бытовых нужд при помощи теплообменника и отопления:

  • Нагрев проточной воды. Недостаток — ограниченные возможности по расходу горячей воды, отсутствие запаса, сложность реализации поддержания стабильной температуры (надо организовывать узел подмеса или ставить контроллер). Достоинства — требуется мало места, малое количество компонентов.
  • Нагрев воды в какой-то емкости. Теплообменник для горячей воды от отопления опускается в какую-то емкость, заполненную водой. По сути, это уже бойлер косвенного нагрева. Но в нем установлен теплообменник и подключается он к ГВС. Но речь сейчас не о них, так что не в этой статье.

    Самый элементарный теплообменник - труба, по которой бежит теплоносительСамый элементарный теплообменник — труба, по которой бежит теплоноситель

Требования к прокладкам

К аппаратам с пластинами предъявлены довольно жесткие требования касательно герметичности оборудования, именно по этой причине на сегодняшний день прокладки начали изготавливать из полимеров. К примеру, этиленпропилен может с легкостью эксплуатироваться в условиях повышенных температур — и пара, и жидкости. Однако довольно быстро начинает разрушаться в среде, которая содержит большое количество жиров и кислот.

теплообменникТеплообменники различаются количеством пластин

Крепление уплотнителей к пластинам производится чаще всего с помощью клипсовых замков, в редких случаях — с помощью клеящего состава.

Виды теплообменников для горячей воды

Вообще, существует много конструкций теплообменников, так как  они используются часто, в различных устройствах. Поговорим подробнее о наиболее доступных, надежных и эффективных. Для бытовых целей используются два вида:

  • Пластинчатые (паянные или разборные).
  • Кожухотрубные.

Теплообменник для горячей воды от отопления: в частном секторе используются два типа - пластинчатые (слева) и кожухотрубные (справа)Теплообменник для горячей воды от отопления: в частном секторе используются два типа — пластинчатые (слева) и кожухотрубные (справа)

В них тепловые среды — теплоноситель от системы отопления и вода из ХВС (холодного водоснабжения) не смешиваются. Каналы, по которым они протекают, между собой никак не связаны. Поэтому при закачке на подогрев воды питьевого качества, такую же и получаем на выходе.

Пластинчатые

Пластинчатый теплообменник для горячей воды от отопления состоит из нескольких металлических пластин с выдавленными ходами. Собираются они в зеркальном отражении, так что получаются изолированные друг от друга каналы для циркуляции жидкостей. Пластины изготавливают методом штамповки из листового металла. Толщина — до 1 мм. Металл, как правило, нержавеющая антикоррозионная сталь, но есть и из титана, специальных сплавов.

Каналы на пластинах чаще всего делают в виде равносторонних треугольников с разными углами. Чем острее угол, тем быстрее движется жидкость, чем тупее, тем больше сопротивление и медленнее движение. По схеме движения сред по каналам, пластины бывают одноходовыми и многоходовыми. В первых направление движения сред не меняется от начала и до конца. Еще их отличительная особенность — среды движутся в противоток (для большей эффективности).

В многоходовых пластинчатых теплообменниках каналы расположены так, что среды меняют направление движения по нескольку раз. Строение у них более сложное, стоимость выше, но они способны отбирать максимум тепла (высокий КПД). В многоходовых теплообменниках можно добиться небольшой разницы в температурах обоих жидкостей.

По способу соединения бывают двух типов — разборными и паянными. Пластины разборных пластинчатых теплообменников соединяются при помощи специальных эластичных прокладок (из резины, фторопласта). Для обеспечения герметичности каналов, они стягиваются металлическими стержнями-стяжками. Для стабилизации в конструкции присутствуют две массивные плиты — неподвижная и подвижная. На неподвижной закреплены стержни, на них нанизываются пластины с ходами. Чем их больше, тем больше мощность, больше передаваемая теплота. Последней устанавливается подвижная пластина, на стяжки накручиваются гайки, зажимаются до герметичности каналов. Благодаря такой конструкции, эти теплообменники можно разобрать, прочистить, добавить или убрать пластины. И в этом достоинство этой конструкции. Недостаток — пластинчатый теплообменник для горячей воды от отопления имеет больший вес и размер (если сравнивать с паянными).

Два вида пластинчатых теплообменных устройств - паяный (слева) и разборной (справа)Два вида пластинчатых теплообменных устройств — паяный (слева) и разборной (справа)

Паянные пластинчатые теплообменники собираются на заводе. Нержавеющие пластины свариваются в аргонной среде, что позволяет избежать коррозии в местах сварки. Паянные пластинчатые теплообменники неразборные, в связи с чем могут возникнуть сложности с промывкой. Их преимущество — более компактные размеры и меньший вес, так как нет необходимости в стабилизирующих плитах.

У каждого теплообменника есть входы и выходы для подключения теплоносителя (от отопления) и воды. Эти выходы могут быть в виде фланца, трубы под сварку, резьбового соединения. Они позволяют подключить теплообменник для горячей воды от отопления к трубам любого типа.

Кожухотрубные

Кожухотрубные теплообменник для горячей воды от отопления проще по конструкции, но менее эффективны, из-за чего, для обеспечения необходимой температуры, должны иметь солидные размеры. Низкая эффективность, большие размеры и материалоемкость — это причины, по которым в быту они используются реже. Но их конструкция надежней — они выдерживают суровые условия эксплуатации. Так что в промышленности чаще применяется именно этот вид теплообменных агрегатов.

Кожухотрубные теплообменники представляют собой трубу-кожух, внутри которой уложены более мелкие трубки. Обычно это медные трубки, но могут быть и из другого материала, причем не только из металла.

Кожухотрубный теплообменник для ГВС - устройство и принцип работыКожухотрубный теплообменник для ГВС — устройство и принцип работы

По тонким трубкам движется нагреваемая вода, которая подается затем в краны. Теплоноситель из системы отопления движется по пространству внутри кожуха, которое не занято трубками с подогреваемой водой. Направление движения — в противоток. Этим обеспечивается большая теплоотдача. Но стоит сказать, что общее КПД таких установок ниже, чем пластинчатых.

Для чего нужен теплообменник в отопительной системе

Объяснить наличие теплообменника в отопительной системе довольно просто. Большинство систем теплоснабжения в нашей стране спроектировано таким образом, что температура теплоносителя регулируется в котельной и подается нагретая рабочая среда непосредственно в радиаторы, установленные в квартире.

teploobmennikvotopitelnojsistememin.jpg

При наличии теплообменника, рабочая среда из котельной отпускается с четко определенными параметрами, например, 1000С. Попадая в первичный контур, нагретый теплоноситель не поступает в отопительные приборы, а нагревает вторичную рабочую среду, которая и попадает в радиаторы.

Преимущество такой схемы заключается в том, что регулировка температуры теплоносителя осуществляется на промежуточных индивидуальных тепловых станциях, откуда и подается потребителям.

Какую выбрать

Способ подключения выбирают по СП41-101-95. Согласно нормам проектирования при соотношении максимальных потоков тепла горячего водоснабжения и отопления в диапазоне от 0,2 до 1,0 применяют одноступенчатое параллельное решение. В остальных случаях подбирают наиболее подходящую двухступенчатую схему.

Область использования

Сегодня есть несколько разновидностей теплообменников.

При этом каждый из приборов имеет уникальную конструкцию и особенность работы:

  • спаянный;
  • разборной;
  • полусварной;
  • сварной.

Устройства с разборной системой зачастую применяются в тепловых сетях, которые подведены к жилым домам и зданиям разного предназначения, в климатических системах и холодильных камерах, бассейнах, теплопунктах и контурах ГВС. Паяные приборы нашли свое предназначение в морозильных установках, вентиляционных сетях, устройствах кондиционирования, промышленном оборудовании разного предназначения, компрессорах.

устройство теплообменникаПодробное устройство пластинчатого теплообменника

Полусварные и сварные теплообменники применяются в:

  • вентиляционных и климатических системах;
  • фармацевтической и химической области;
  • циркуляционных насосах;
  • пищевой сфере;
  • системах рекуперации;
  • аппаратах для охлаждения приборов разного предназначения;
  • в отопительных контурах и ГВС.

Наиболее популярным видом теплообменника, который применяется в быту, является паяный, обеспечивающий обогрев либо охлаждение теплоносителя.

Полезное видео

Ознакомьтесь с видео, в котором рассказывается, как устроены кожухотрубные теплообменники.

Схемы подключения

Кроме типа теплообменника, надо выбрать еще и способ его подключения. Есть несколько типовых схем. В любом случае, два выхода подключаются к отоплению, один — к холодному водоснабжению, один — к разводке горячей/подогретой воды.

Параллельная (стандартная)

В самом простом случае теплообменник для горячей воды от отопления подключают параллельно существующей системы. Такая схема проще всего в реализации, но для достаточного нагрева необходимо, чтобы теплоноситель двигался активно. То есть, обязательно в подаче теплоносителя наличие циркуляционного насоса. В системах с естественной циркуляцией такой тип установки малоэффективен.

Теплообменник для горячей воды от отопления: схема параллельного подключенияТеплообменник для горячей воды от отопления: схема параллельного подключения

При монтаже, подача теплоносителя всегда подключается к верхнему патрубку, а обратка — к нижнему. При подключении воды ситуация противоположная — холодная вода подключается в нижний патрубок, гребенка горячей — к верхнему.

Схема обвязки теплообменника для ГВС от отопленияСхема обвязки теплообменника для ГВС от отопления

Простейшая схема обвязки содержит отсечные краны на всех четырех патрубках — для возможности отключения, чистки, технического обслуживания. Также на входе от отопления устанавливается грязевик — фильтр с мелкой сеткой. Так как зазоры в теплообменнике совсем небольшие, попадание окалины либо других загрязнений может вызвать закупорку каналов. Такой же фильтр желательно установить на вводе холодной воды — дольше будет работать оборудование.

Данную схему можно усовершенствовать, сделав рециркуляцию горячей воды в гребенке ГВС (закольцовывают после последней точки разбора). При таком построении, тепло неиспользуемой горячей воды не пропадает, а используется: вода из гребенки ГВС подмешивается к холодной воде из водопровода. На подогрев поступает уже не совсем холодная, а теплая. Теплообменник для горячей воды от отопления только доводит ее до требуемой температуры.

Обвязка с контуром рециркуляции ГВСОбвязка с контуром рециркуляции ГВС

При разборе нагретой воды, на подогрев идет преимущественно вода из трубы холодного водоснабжения. Когда разбора нет, по кругу насос «гоняет» теплую, нагрузка на котел отопления совсем небольшая.

Управление температурой происходит при помощи датчика и регулирующего клапана, установленного на обратке (можно и на подачу поставить). Показания с датчика (температура воды в выходной ветке на ГВС) поступают на прибор управления. По результатам сравнения с выставленными данными, регулируется интенсивность потока теплоносителя, тем самым регулируется интенсивность нагрева.

Двухступенчатая

Всем хороши описанные выше схемы, кроме того, что для нагрева должен проходить большой поток теплоносителя. Иначе вода не успеет прогреться. Второй недостаток — приходится «заворачивать» поток теплоносителя из системы отопления. При большом расходе и недостаточной мощности отопительного котла, в холода могут быть заметны понижения температуры. Для более рационального использования тепла придумали двухступенчатую систему подключения теплообменников.

Один из вариантов двухступенчатого подключения теплообменниковОдин из вариантов двухступенчатого подключения теплообменников

В данном случае первичный нагрев идет от обратного трубопровода отопления. Тем самым более рационально используются энергоносители. Доводится температура до нормы при помощи повторного нагрева, но уже от теплоносителя, который идет на подачу. Подключить теплообменник для горячей воды от отопления можно параллельно — как на верхней схеме. Второй вариант представлен на нижней — в разрыв подающей трубы от системы отопления.

Вариант двухступенчатого нагреваВариант двухступенчатого нагрева

При использовании второй схемы, первичный нагрев происходит от обратки. Нагретая в этом теплообменнике вода подается на второй, установленный на подаче. Тут она доводится до нужной температуры и уходит потребителю.

Есть еще схема двуступенчатого нагрева с использованием тепла от рециркуляции горячей воды. В этом случае рационально используется тепло ранее нагретой воды.

Первичный нагрев - от рециркуляции горячей воды, окончательный - от системы отопленияПервичный нагрев — от рециркуляции горячей воды, окончательный — от системы отопления

При использовании любой из этих схем, нагрузка на котел значительно снижается. Утилизируется то тепло, которое раньше не использовалось. Тем самым эти схемы помогают экономить на энергоносителях.

Для нормальной работы теплообменника, подключенного по любой из схем, при монтаже необходимо соблюдать технологические требования. Обязательно соблюдение уклона труб ГВС в сторону точек разбора. Если трасса проходит над дверью, в высшей точке ставят воздухоотводчик. Кроме того, при длинной трассе, необходимы дополнительные автоматические или ручные устройства для сброса воздуха (воздухоотводчики). В противном случае могут быть проблемы с подачей воды.

Расчет теплообменника для ГВС

При расчете теплообменника ГВС учитываются следующие параметры:

  • Количество жильцов (пользователей)
  • Нормативный суточный расход воды на одного потребителя
  • Максимальная температура теплоносителя в интересующий период
  • Температура водопроводной воды в указанный период
  • Допустимые теплопотери (нормативно – до 5%)
  • Количество точек водозабора (краны, душ, смесители)
  • Режим эксплуатации оборудования (постоянный/периодический)

Производительность теплообменника в городских квартирах (подключение к муниципальной теплосети) зачастую рассчитывается исключительно по данным зимнего периода. В это время температура теплоносителя достигает 120/80°С. Однако в весенне-осенний период показатели могут упасть до 70/40°С, в то время, как температура воды в водопроводе остается критично низкой. Поэтому расчет теплообменника желательно проводить параллельно для зимнего и весенне-осеннего периодов, при этом никто не может дать гарантии, что расчеты окажутся на 100% верны – ЖКХ нередко «пренебрегают» общепринятыми стандартами обслуживания потребителей.

В частном секторе, при монтаже теплообменника к собственной системы отопления, точность расчета на ступень выше: вы всегда уверены в работе своего котла и можете указать точную температуру теплоносителя.

Наши специалисты помогут вам выполнить правильный расчет теплообменника для ГВС и подобрать наиболее подходящую модель. Расчет выполняется бесплатно и занимает не более 20 минут – укажите свои данные и мы вышлем вам результат.

Низкий напор горячей воды и другие признаки засоренности

Признаки засорённости

  • низкий напор горячей воды;
  • под кожухом скапливается и сыпется сажа;
  • после включения происходит быстрое отключение горелки;
  • плохой прогрев воды;

    Важно! Прежде чем начинать процесс очистки теплообменника необходимо убедиться, что исправны остальные элементы отопительной системы.

  • постоянное срабатывание тепловой защиты.

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.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...