Разновидности теплообменников для отопления: как разобраться в них и выбрать нужный

Устройство представляет собой 2 плиты: одна из них статическая, а другая — подвижная. Обе они с отверстиями, между которыми зафиксированы загерметизированные прокладками пластины.

Суть принципа работы такого прибора в том, что пластины гофрированного типа образуют каналы, по которым циркулирует жидкость. Повышение коэффициента переданного тепла от её прогретой части к холодной возникает за счёт увеличения площади контакта.

В пристенном слое гофрированного типа со временем образуется процесс турбулентности. По разным сторонам одной пластины происходит перемещение отдельной среды. Такой способ движения предотвращает их перемешивание.

Прогрев обеих сред возникает вследствие присоединения устройства к трубопроводу. После того как среда закончит своё прохождение по всем каналам, она покинет теплообменник.

Такое оборудование делает возможным:

• эксплуатировать при необходимости полученного от носителя энергии вторичного тепла для бытовых нужд;
• применять остаточное тепло при поступлении электроэнергии;
• формировать необходимый температурный режим для проведения химических процессов;
• удерживать температурный режим теплоносителя на установленном уровне в бытовых отопительных системах.

Существуют следующие виды теплообменников.

Смесительные водяные

Представляют собой приборы, в которых тепло передаётся через непосредственный контакт двух сред: горячей и холодной.

Суть действия такого теплообменника в том, что в специальной камере соединяются жидкость и пар, скорость которого при этом превышает сверхзвуковое значение.

Разгоняет его до такого показателя расчётное сопло. За счёт такого смешивания и происходит прогрев жидкости и паровая конденсация, а теплоноситель требуемой температуры циркулирует по системе отопления.

Камера прибора предусматривает наличие конденсационного вакуума. Работа теплообменника этой разновидности возможна даже при условии малого парового давления.

Поверхностные

Конструкция таких приборов представлена в виде биметаллических труб с алюминиевым оребрением накатного типа.

В этих устройствах происходит процесс обтекания твёрдого покрытия воздухом. Температуры поверхности и воздушного потока отличаются.

Тепловой обмен между средами осуществляется через стенку с нанесённым на неё специальным теплопроводящим материалом. Контура полностью изолированы друг от друга.

Поверхностные теплообменники делятся на 2 типа:

• регенеративные (направление потока среды имеет свойство меняться);
• рекуперативные (обмен теплом от одного теплоносителя к другому осуществляется через неплотные стенки контура, при этом направление потока среды остаётся постоянным).

Рекуперативный и его разновидности

Они подразделяются в соответствие с особенностями конструкции и областью применения.

Кожухотрубчатые

Это самые простые устройства. Они состоят из большого числа маленьких трубопроводов, которые спаяны в единый пучок и помещены в кожух. Такие теплообменники довольно громоздкие и занимают много места.

Применяются в испарителях, холодильниках, нагревателях, конденсаторах.

Погруженные

Представляют собой змеевики плоской либо цилиндрической форм, погруженные в ёмкость с жидкостью.

Эти теплообменники считаются неэффективными вследствие того, что с внешней стороны змеевика наблюдается низкий уровень теплоотдачи, а процесс омывания жидкостью проходит в крайне малом количестве.

Справка! Использование погруженного теплообменника будет продуктивным, если жидкость в ёмкости будет закипать или содержать механические дополнения.

Погруженные аппараты применяются в качестве холодильников и конденсаторов, а также для прогрева воды и растворов технологического типа.

Для чего нужен

Теплообменник в системе отопления и ГВС может выполнять несколько функций:

• Нагрев воды для бытовых нужд (системы отопления и ГВС).
• Стабилизация работы (подогрев теплоносителя от горячей воды в собственном котле).

Отопление дома непосредственно через теплообменник требует наличия теплоносителя со стабильной и регулируемой температурой. Если использовать прямой подогрев теплоносителя в котле, температура будет постоянно меняться, добиться нужной степени нагрева будет очень сложно.

Решает эти проблемы аппарат, в котором регулировка параметров теплоносителя осуществляется плавно и эффективно.

Наличие горячего теплоносителя дает возможность нагрева воды для бытовых нужд.

Учитывая, что вода движется независимо друг от друга, можно использовать тепло одной системы для нагрева другой без всяких ограничений. Эта функция выполняется аппаратом, который осуществляет передачу тепловой энергии от теплоносителя к воде из системы отопления и ГВС, делая ее независимой от окружающих сетей и снимая зависимость от компаний-поставщиков.

Важно! Теплообменник для отопления частного дома – многоплановый механизм, позволяющее значительно экономить на горячем водоснабжении.

Бойлеры косвенного нагрева

Самыми распространенными водонагревателями являются бойлеры Леруа Мерлен косвенного нагрева. Нагрев осуществляется от трубчатого электронагревателя, газовой горелки, тепла отопительной системы. Корпус защищает специальный кожух и теплоизоляция для предотвращения теплопотерь через водонагреватель Леруа Мерлен.
Пульт управления оснащается датчиком температуры и соединяется с нагревательным прибором. При сигнале датчика о снижении температуры нагрев включается в автоматическом режиме.

Бойлеры закрытого типа

Закрытые бойлеры Леруа Мерлен используются в централизованном отоплении.
Внимание! Из-за расширения теплоносителя при нагреве в подобных системах создается повышенное давление, из-за чего элементы системы могут выйти из строя.
Во избежание этого для излишков воды предусмотрен расширительный бак, могут устанавливаться манометры, термосмесители, редукторы давления.

Бойлеры открытого типа

Открытый бойлер Леруа Мерлен может поставлять горячей водой только одну водоразборную точку. В них присутствует спецсмеситель, который позволяет перекрыть подключение теплообменника к магистрали. Повышенное давление воды наблюдается не на выходе, а на ходе в нагреватель, благодаря чему в производстве таких приборов могут использоваться не самые дорогие и прочные материалы.
Спецсмеситель также позволяет сливать лишнюю воду при увеличении давления в системе. Этот элемент может применяться и в закрытых бойлерах, в открытых же он обязателен.

Виды теплообменников

Все устройства делятся на две большие группы. В первых среды смешиваются друг с другом, во втором случае – они разделены стенкой. Их используют чаще и называют поверхностными. В свою очередь, такие теплообменники делятся тоже на два типа.

1. Рекуператоры. В них тепло передается через стенку, от разных носителей, которые независимо друг от друга движется по разным каналам.
2. Регенераторы. Два потока контактируют с одной и той же поверхностью. Например, горячий поток нагревает ее, а затем холодный забирает тепло.

Самые распространенные ТО первого типа – рекуперативные. К ним относятся

• Кожухотрубчатые: внутри кожуха находятся трубы, внутри которых течет одна среда (горячая), а другая (холодная) движется между ними.
• Погружные: представляют из себя бак, заполненный жидкостью, внутри которого находится змеевик со второй средой.
• Спиральные: несколько спиралей привариваются к одной перегородке. Используются для работы с вязкими средами.
• Пластинчатые разборные: самый распространенный вид. Это особым образом перфорированные (для увеличения поверхности) пластины, собранные вместе, а между ними движутся различные среды.
• «Труба в трубе»: одна труба вставляется в другую, между ними проходит теплообмен. Может состоять из нескольких звеньев. Выдерживают высокое давление, расход воды в системе небольшой.
• Оросительный: собраны несколько труб, по их поверхности течет охлаждающая жидкость. Часто используются в качестве конденсаторов.

к содержанию ↑

Зависимая схема с трёхходовым клапаном и циркуляционными насосами

Зависимая схема подключения теплового пункта системы отопления к источнику тепла с трёхходовым клапаном регулятора теплового потока и циркуляционно-смесительными насосами в подающем трубопроводе системы отопления.

Данную схему в ИТП применяют при соблюдении условий:

1 Температурный график работы источника тепла (котельной) превышает либо равен температурному графику системы отопления. Тепловой пункт подключённый по данной принципиальной схеме может работать как с подмесом к подаче потока из обратного трубопровода, так и без него, то есть пустить теплоноситель из подающего трубопровода тепловой сети напрямую в систему отопления.

Например расчётный температурный график системы отопления 90/70°C, равен температурному графику источника, но источник независимо от внешних факторов всё время работает с температурой на выходе 90°C, а для системы отопления подавать теплоноситель с температурой в 90°C нужно лишь при расчётной температуре наружного воздуха (для Киева -22°C). Таким образом в тепловом пункте к воде, поступающей от источника будет подмешиваться остывший теплоноситель из обратного трубопровода пока температура наружного воздуха не опустится до расчётного значения.

2 Подключение теплового пункта выполнено к безнапорному коллектору, гидравлической стрелке или теплотрассе с разницей давлений между подающим и обратным трубопроводом не более 3м.вод.ст..

3 Давление в обратном трубопроводе источника тепла в статическом и динамическом режимах превышает как минимум на 5м.вод.ст высоту от места подключения теплового пункта до верхней точки системы отопления (статику здания).

4 Давление в подающем и обратном трубопроводе источника тепла, а также статическое давление в тепловых сетях не превышают максимально допустимого давления для системы отопления здания подключённой к данному ИТП.

5 Схема подключения теплового пункта должна обеспечивать автоматическое качественное регулирование системой отопления по температурному или временному графику.

Описание работы схемы ИТП с трёхходовым клапаном

Принцип работы данной схемы схож с работой первой схемы за исключением того, что трёхходовым клапаном может быть полностью перекрыт отбор из обратного трубопровода, при котором весь теплоноситель, поступающий от источника тепла без подмеса будет подан в систему отопления.

В случае полного перекрытия подающего трубопровода источника тепла, как и в первой схеме, в систему отопления будет подаваться только вышедший из неё теплоноситель, отбираемый из обрата.

Зависимая схема с трёхходовым клапаном, циркуляционными насосами и регулятором перепада давления.

Применяется при перепаде давления в месте подключения ИТП к тепловой сети превышающем 3м.вод.ст.. Регулятор перепада давления в данном случае подбирается для дросселирования и стабилизации располагаемого напора на вводе.

Особенности выбора теплообменника

Для пластинчатого теплообменника специалисты приводят рекомендуемые значения основных параметров:

1. Материал пластин. Для большинства задач подойдет нержавеющая сталь. Если предстоит работа с агрессивными средами или высокотемпературными жидкостями, стоит выбрать устройство материалы пластин которого выполнены из высокопрочных сплавов (Титан, Hastelloy, SMO и других).

2. Толщина пластин определяется рабочим давлением: 0,4 мм – до 10 бар, 0,5 мм и более – свыше 10 бар.

3. Коэффициент теплопередачи – среднее значение 3000-7000 Вт/м2*К.

4. Запас поверхности – 10% или выше.

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 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 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 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 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 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 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.