Теплообменники для горячего водоснабжения

Основные виды пластинчатых теплообменников, их предназначение и преимущества:

1. Разборные (конструкция представляет собой пакет пластин и резиновые уплотнители):

• низкие затраты на производство и монтаж;
• регулируемая, легко настраиваемая производительность;
• несложная дешевая эксплуатация, быстрый ремонт;
• безотказность, минимальные интервалы простоя;
• низкая энергоемкость;
• возможность переработки.

Сфера применения пластинчатого теплообменника с разборной конструкцией: системы отопления, бассейны, холодильное и климатическое оборудование, горячее водоснабжение, теплопункты.

2. Паяные (цельная конструкция со спаянными пластинами, без резиновых прокладок):

• компактность и низкая стоимость;
• оптимальное соотношение производительности и стоимости;
• быстрый и дешевый монтаж и сборка;
• надежность и безотказность.

Область применения паяных конструкций: холодильные аппараты, компрессоры и турбинные установки, кондиционеры и вентиляторы, промышленные установки разного назначения.

3. Сварные и полусварные (соединенные при помощи сварных швов):

• простая компактная конструкция без уплотняющих прокладок;
• регулируемый поток;
• устойчивость к действию агрессивных сред;
• максимальный диапазон температур;
• допустимое давление до 4 МПа, температура до 300 °С;
• простота монтажа;
• устойчивость к абразивным и агрессивным веществам;
• надежность и длительный рабочий ресурс.

Сфера применения сварных и полусварных агрегатов: пищевая, химическая и фармацевтическая отрасль, системы кондиционирования и охлаждения, в том числе в промышленности и медицине, работа тепловых насосов и систем горячего водоснабжения.

Принцип работы и устройство пластинчатого теплообменника

В каждой из пластин для теплоносителя и уплотнения предусмотрено по два отверстия:

1. для подведения и отведения разогретого теплоносителя;
2. для герметичного соединения пластин и изоляции теплоносителей за счет компактных уплотнителей.

Характерная особенность и преимущество пластинчатого теплообменника в том, что движение теплоносителя сопровождается завихрениями потока, что резко усиливает обмен тепловой энергией. Сопротивление при этом минимальное, что сокращает образование накипи. За счет многократного и интенсивного теплового обмена эффективность работы и КПД пластинчатого теплообменника одни из самых высоких.

Последствия неправильного подбора теплообменника

Для длительной безотказной эксплуатации важно выбрать модель, которая будет оптимальной для конкретных сред, температурных режимов, мощности и периодичности нагрузки. Выбрать подходящий по всем критериям вариант может только специалист

Обращение к профессионалам гарантирует отсутствие поломок в течение всего срока службы устройства. Отпадает необходимость в частом сервисном обслуживании и ремонте. Правильный выбор системы исключает распространенную проблему стекловидной накипи, ведущую к поломкам устройства.

Автоматика и подключение

При монтаже оборудования важно учитывать, что теплообменник всегда работает как элемент системы. Он не используется в качестве самостоятельного аппарата

Вместе с теплообменником в системе задействовано следующее оборудование: обратные клапаны, запорная арматура (комплекс задвижек, заслонок), контрольно-измерительные аппараты – манометры, термометры, циркуляционные насосы и другие виды приборов и агрегатов.

Выбор теплообменного оборудования для ГВС

Если инженерный расчет теплообменников отопления и горячего водоснабжения был сделан правильно, и в здании установлена грамотно подобранная модель оборудования с учетом условий эксплуатации, можно рассчитывать на надежную работу оборудования в течение 15 лет. Не стоит пренебрегать услугами профессиональных мастеров, это сформирует дополнительные гарантии производительности и безопасности системы.

На российском рынке представлены установки от именитых брендов и пластинчатые теплообменники российского производства, вторые не менее надежны, но доступны по стоимости. Так, пользуется спросом теплообменник для системы горячего водоснабжения Ридан (группа компаний Данфосс), его предпочитают купить даже состоятельные потребители. Поэтому выбор устройства лучше делать не по торговой марке, а согласно параметрам конкретного строения и техническим характеристикам аппарата. Лучше, если это сделает профессионал.

Какие есть виды теплообменников ГВС?

В зависимости от емкости бака, как правило используются разные теплообменники, благодаря которым вы можете рассчитывать на более быстрый и экономичный нагрев всей воды до заданной температуры. Рассмотрим основные виды таких устройств и их особенности.

Теплообменник ГВС с змеевиком

Это относительно простая конструкция, в которой роль нагревательного элемента играет змеевик, заполненный установочной водой и часто имеющий довольно сложную форму, что облегчает ускорение процесса нагрева воды. Катушка чаще всего устанавливается в нижней части резервуара, но бывает, что производители устанавливают катушку вертикально, чтобы вода во всем объеме котла имела одинаковую температуру.

Теплообменник с двумя змеевиками

Это более усовершенствованная модель со змеевиком, за исключением того, что в этом случае вместо одного устанавливаются два змеевика. Все дело в том, что одну катушку нельзя удлинять до бесконечности — содержащаяся в ней вода течет, отдавая тепло, поэтому эффективность очень длинной катушки будет относительно низкой. Для этого в больших резервуарах установлены две катушки, что сокращает время нагрева используемой воды.

Этот тип решения, также известный как двухвалентный резервуар, используется в установках с более чем одним источником тепла.

Теплообменник горячей воды для теплового насоса

Такие устройства могут быть, в принципе, оснащены и змеевиком, в то время как иногда его отличает другой способ подключения — все будет зависеть от того, как тепловой насос и базовый котел работают вместе.

Теплообменник ГВС с нагревателем

В этой конструкции, помимо установки нагревательного элемента, также установлен электрический нагреватель. Это полезное решение, которое сокращает время ожидания появления горячей воды, если нагрев воды для установки потребует длительного ожидания.

Важно отметить, что нагреватель может работать в любое время и автоматически отключается при достижении определенной температуры. Хотя электричество не является дешевым источником тепла, установка обменников данного типа иногда имеет смысл

Технология прямого нагрева

О косвенном нагреве воды сказано, но есть и еще одна технология нагрева, которая называется прямой. То есть, теплообменник в системе горячего водоснабжения устанавливается непосредственно в топку отопительного котла. То есть, производится нагрев прибора непосредственно энергоносителем. Как показывает практика, в такой системе ГВС обычно устанавливаются агрегаты комбинированного типа. в основе их конструкции лежит трубный змеевик, по которому движется холодная вода. А для усиления теплоприема дополнительно устанавливаются пластины, тем самым увеличивая интенсивность забора теплоэнергии. На фото ниже такой агрегат показан. Кстати, эти приборы называются первичными.

Первичный теплообменник

Изготавливают их чаще всего или из нержавеющей стали, или из медного сплава. Необходимо отметить, что данный тип теплообменных приборов подвергается большим нагрузкам. Это касается не только температуры. Все дело в том, что внутри труб происходят процессы под действием высокой температуры, которые приводят к быстрому отложению на стенках минералов и различных солей. А это уменьшение диаметра трубы, а следствие – снижение интенсивности теплоотдачи в сторону проходимой по трубам воде

Поэтому очень важно, эксплуатируя водопроводную систему частного дома, уделять внимание качеству забираемой из скважины или колодца воды. А самое простое в этом случае – это установить фильтра разного назначения, то есть, организовать грамотно систему водоочистки

Есть еще один вариант, связанный с нагревом воды для ГВС. Это установка бака на дымоход отопительного котла. В принципе, функции теплообменника здесь сыграет именно дымоходная труба, на которую водяной бак будет установлен и закреплен. Такая конструкция теплообменника для горячего водоснабжения частного дома достаточно эффективна, и при этом очень экономична. То есть, здесь нет сложных приборов и конструкций

Правда, необходимо обратить внимание на материал, из которого часть дымохода будет сооружаться. В данном случае лучше всего использовать трубы из нержавейки

Они не только легко справляются с коррозионными процессами, но и хорошо выдерживают высокие температуры, под действием которых не коробятся и не лопаются. Правда, стоить будет такой дымоход недешево. И это, в принципе, единственный минус устройства.

Установка теплообменника в топку печи

Типы теплообменников для систем ГВС

Среди множества типов различных теплообменников в бытовых условиях используются только два – пластинчатые и кожухотрубные. Последние практически исчезли с рынка вследствие больших габаритов и низкого КПД.

Пластинчатый теплообменник ГВС

представляет собой ряд гофрированных пластин на жесткой станине. Все пластины идентичны по размерам и конструкции, но следуют в зеркальном отражении друг к другу и разделяются специальными прокладками – резиновыми и стальными. В результате строгого чередования между парными пластинами образуются полости, которые заполняются теплоносителем или нагреваемой жидкостью – смешение сред полностью исключено. Через направляющие каналы две жидкости движутся навстречу друг другу, заполняя каждую вторую полость, и так же, по направляющим, выходят из теплообменника отдав/получив тепловую энергию.

Чем выше количество или размер пластин в теплообменнике – тем больше площадь полезного теплообмена и выше производительность теплообменника. У многих моделей на направляющей балке между станиной и запорной (крайней) плитой остается достаточно пространства, чтобы установить несколько плит аналогичного типоразмера. В этом случае дополнительные плиты всегда устанавливаются парами, иначе потребуется менять направление «вход-выход» на запорной плите.

Схема и принцип работы пластинчатого теплообменника ГВС

Все пластинчатые теплообменники можно разделить на:

• Разборные (состоят из отдельных плит)
• Паяные (герметичный корпус, не разборные)

Преимущество разборных теплообменников заключается в возможности их доработки (добавление или удаление пластин) – в паяных моделях эта функция не предусмотрена. В регионах с низким качеством водопроводной воды такие теплообменники можно разбирать и очищать от мусора и отложений вручную.

Более высокой популярностью пользуются паяные пластинчатые теплообменники – из-за отсутствия зажимной конструкции они имеют более компактные размеры, чем разборная модель аналогичной производительности. производит подбор и продажу паяных пластинчатых теплообменников ведущих мировых брендов — Alfa Laval, SWEP, Danfoss, ONDA, KAORI, GEA, WTT, Kelvion (Кельвион Машимпэкс), Ридан. У нас вы можете купить теплообменник ГВС любой производительности для частного дома и квартиры.

Преимущество паяный теплообменников в сравнении с разборными

• Небольшие габариты и вес
• Более строгий контроль качества
• Продолжительный срок службы
• Устойчивость к высоким давлениям и температурам

Очистка паяных теплообменников выполняется безразборным методом. Если по истечении определенного периода эксплуатации начали снижаться теплотехнические характеристики, то в аппарат на несколько часов заливается раствор реагента, удаляющего все отложения. Перерыв в работе оборудования составит не более 2-3 часов.

Что такое теплообменник ГВС? И как он работает?

Теплообменник для горячего водоснабжения (ГВС) — это устройство, предназначенное для передачи тепла от теплоносителя к другой среде. Как правило, теплообменник ГВС является элементом, который передает тепло между котловой водой и водой в установке для питьевой воды.

В зависимости от конструкции теплообменника весь процесс может выглядеть несколько иначе, в то время как общий принцип работы один и тот же — котельная вода и ГВС разделены только тонкой стенкой из хорошо проводящего металла, а весь теплообменник заключен в теплоизолированный кожух для выработки тепла из технической воды.

В чем преимущества установки теплообменника в свой дом? Имея собственный автономный или даже централизованный источник отопления, дешевле использовать тепло для нагрева воды прямо от котла, не тратя дорогостоящее электричество для этих целей. Подача горячей воды в контур теплообменника осуществляется от котла или теплосети, а холодная вода поступает от системы холодного водоснабжения. Установка теплового оборудования в котельной позволяет значительно сэкономить на затратах для обогрева помещений загородного дома.

Подбор резервуара для теплообменника ГВС. Что важно учесть?

Рекомендуется выбирать резервуары с защитными теплоизолирующими покрытиями вокруг них — чем оно эффективнее, тем меньше тепла уходит в окружающую среду и тем меньше возникает энергетических потерь. Покупка резервуара с двойным корпусом определенно решит эту проблему.

Стоит добавить, что конструкция кожуха и самого теплообменника идентична как в вертикальной, так и в горизонтальной ориентации, поэтому выбор между вертикальным и горизонтальным теплообменником ограничен только решением вопроса о лучшей пространственной настройке всего контейнера в том месте, где он должен быть установлен.

Важно также обратить внимание на производителя теплообменника, потому что этот параметр косвенно влияет на качество оборудование и всех его компонентов. Теплообменники ГВС стоят недешево и их замена всегда вызывает массу хлопот, кроме того неисправность устройства приведет к большим счетам на электроэнергию. Вот почему стоит купить в свой дом обменник от известных производителей

Паяные теплообменники

Пластинчатые паяные теплообменники – оптимальный вариант для частных коттеджей и домов. Пластины выполнены из нержавеющей стали, а припой – из никеля или меди.

Изделия предназначены для работы в условиях при рабочей температуре -180 + 200 °С, максимальном давлении – 45 бар. Это метод организации теплого пола, системы горячего водоснабжения и отопления.

Паяный пластинчатый теплообменник подходит для горячего водоснабжения и отопления

1. Устойчивость к нагрузкам.

2. Компактные размеры.

3. Невысокая стоимость.

4. Возможность отключить систему, если нет потребности в отоплении.

Недостатки отечественных паяных теплообменников:

1. Не подходят для технологических процессов, где используются агрессивные жидкие среды с механическими примесями.

2. Соединение с помощью пайки не позволяет разобрать конструкцию для полной очистки и обслуживания.

3. Из-за небольшой толщины перегородок, скрепленных припоем, теплообменник быстро изнашивается.

4. Наличие строгих ограничений по скорости выхода в рабочий режим.

Импортным производителям удалось избавиться от ряда минусов. Иностранные паяные теплообменники могут эксплуатироваться в течение 20 лет.

Жесткая система контроля на иностранных предприятиях гарантирует отсутствие протечек в конструкции. Установки выдерживают длительные температурные нагрузки и гидравлические удары.

Теплообменник с припоем из никеля предназначен для работы с агрессивными средами; припой из меди больше востребован для организации системы кондиционирования и теплоснабжения.

Смотрите видео: Принцип работы теплообменника для систем отопления

Теплообменники для отопления частного дома циркулируют в наружной трубе, внутреннюю занимает санитарная вода. Во время отопления при сгорании газа тепло поставляется прямо к теплоносителю. При работе на горячее водоснабжение тепло после теплоносителя переходит на контур

Внимание! Используя битермический теплообменник для системы отопления вторичный теплообменник и трехходовой клапан не нужны. За счет этого цена котла снижается, а надежность его увеличивается

Есть в таких конструкциях и недостатки. В режиме горячего водоснабжения объем нагретой воды меньше, чем в других типах из-за ограничения передачи тепла. Не рекомендуется использовать битермические теплообменники для котлов отопления в регионах с большим количеством жестких солей в воде: из-за большого перепада температур в оборудовании соли откладываются в ускоренном режиме.

Можно отдельно выделить так называемые мини-бойлеры. Это название дали теплообменникам с большой емкостью. Это оборудование самого высокого класса, дорогостоящее, но очень эффективное. По внешнему виду мини-бойлеры похожи на водонагреватель Леруа Мерлен со змеевиком. Контур теплоносителя проходит по самому змеевику, контур ГВС через стенки.

Пластинчатые теплообменники

Пластинчатые теплообменники – это устройства, состоящие из рамы, на которой закреплены несколько гофрированных пластин. Эффективность достигается за счет большой площади соприкосновения жидкости и теплопередающих элементов.

Аппараты подходят для рабочей среды с небольшой разницей давления и температуры, низкой вязкостью, отсутствием механических примесей и частиц.

Прибор предназначен для работы в диапазонах температуры -50 + 200 °С при максимальном давлении – 30 бар.

Достоинства пластинчатых теплообменников:

1. Высокий КПД – 95%.

2. При правильной очистке от накипи теплообменник прослужит до 30 лет.

3. Компактные размеры для облегчения транспортировки и монтажа.

4. Возможность закатить или занести конструкцию по трубам.

5. Легкая автоматизация пластинчатого теплообменника.

6. Отсутствие необходимости в обслуживании изделия в течение отопительного сезона.

7. Стоимость зависит от количества теплопередающих элементов, число которых варьируется, исходя из потребностей заказчика.

Основной минус пластинчатого теплообменного аппарата – низкая устойчивость к появлению накипи. Срок службы устройства без регулярной чистки составляет всего 3 года.

Особенности установки позволяют увеличить производительность за счет использования пластин особой модификации. Выделяют разборные и паяные теплообменники.

Широкие возможности кожухотрубного теплообменника

1. Давление в трубках может достигать разных значений, от вакуума до наивысших;
2. Можно достичь необходимого условия по термическим напряжениям, при этом цена устройства существенно не поменяется;
3. Размеры системы тоже могут быть различными: от бытового теплообменника в ванную комнату до промышленного площадью 5000 кв. м.;
4. Нет необходимости предварительно очищать рабочую среду;
5. Для создания сердцевины используют разные материалы, в зависимости от затрат на производство. Однако все они соответствуют требованиям температуры, давления и устойчивости к коррозии;
6. Отдельный участок труб можно извлечь для чистки или ремонта.

Есть ли у конструкции недостатки? Не без них: кожухотрубчатый теплообменник весьма громоздкий. Из-за своих габаритов он нередко требует отдельного технического помещения. Ввиду большой металлоемкости стоимость изготовления такого устройства тоже велика.

Стальной теплообменник

Преимущества приборов из стали:

• Повышенная теплопроводность – как и чугун, сталь оперативно нагревается и отлично передает тепло холодному носителю.
• Низкий вес – стальные теплообменники не утяжеляют общую систему отопления, поэтому их можно использовать для обеспечения горячего водоснабжения в домах большой площади.
• Ударопрочность – стальные конструкции очень крепкие, поэтому им не страшны механические повреждения.
• Устойчивость к термическим изменениям – сталь без последствий выдерживает резкие перепады температур внутри системы.

Недостатки стальных теплообменников:

• Восприимчивость к коррозии – для стали характерна низкая устойчивость к кислотным средам, что значительно сокращает срок эксплуатации теплообменника.
• Невозможность увеличить мощность устройства путем добавления новых секций.
• Быстрое остывание – сталь быстро отдает температуру, что увеличивает расходы на топливо.

Совет. Для изготовления качественного и долговечного теплообменника рекомендуется использовать трубы из жаропрочной стали диаметром не меньше 32 мм и толщиной стенки 5 мм и более.

Как изготовить самодельный теплообменник

Регистр из нескольких труб

Форма теплообменника для отопления, сделанного своими руками, может быть разной. Наиболее распространенный вариант — регистр из нескольких стальных или медных труб, но также используются и образцы пластинчатого типа.

Температура в зоне горения очень высока, особенно, когда горит уголь. Поэтому повышенные требования предъявляются к металлу, из которого будут изготовлены элементы теплообменника, рациональности его конструкции и качеству сварных швов.

Материалы для изготовления

Пример использования чугунных радиаторов в качестве теплообменника в кирпичной печи

Задача водяных теплообменников для отопления — обеспечивать оптимальную передачу тепла, и в этом процессе важна степень теплопроводности металла. Например, стальная труба проводит тепло в 7 раз слабее, чем медная. Поэтому при одинаковом диаметре трубы для передачи одного и того же количества тепла понадобится 25 метров стальной трубы взамен 3,5 метров медной.

Медные теплообменники самые экономичные в работе, но и дорогие. Более доступными для самостоятельного изготовления считаются теплообменники из стальной трубы диаметром не менее 32 мм.

Расчет мощности теплообменника

Вычислить заранее мощность теплообменника для системы отопления довольно трудно. Для этого нужно учитывать слишком много факторов: диаметр труб, длину змеевика, теплопроводность металла, температуру сгорания топлива, скорость циркуляции теплоносителя и др. Реальная способность теплообменника справляться со своими функциями выяснится только после начала эксплуатации отопительной системы.

При расчетах можно ориентироваться, что 1 метр трубы диаметром 50мм, служащей теплообменником, даст 1 кВт тепловой мощности.

Особенности конструкции

Теплообменник для водяного отопления дома, сваренный из гладкостенных труб, называют регистром. Он выглядит как своеобразная «решетка», и это наиболее популярная форма самодельного теплообменника. Кроме такой конструкции, делают и более простые устройства в виде прямоугольного или цилиндрического бака. Главное, чтобы площадь поверхности для теплового обмена была максимально большой.

При изготовлении теплообменника своими руками нужно соблюдать несколько условий:

• ширина внутренних пустот в теплообменнике должна быть не меньше 5 мм, иначе вода в нем может закипеть;
• толщина стенок труб должна быть не меньше 3 мм, чтобы металл не прогорал;
• зазор величиной 10–15 мм между теплообменником и стенками топки должен компенсировать расширение металла при нагреве.

Особенности монтажа

Теплообменник устанавливают внутрь печи в процессе ее кладки

Проще всего монтировать теплообменник одновременно с сооружением печи. Если устанавливать его в старую печь, придется разобрать часть ее кирпичной кладки.

Порядок действий:

1. На подготовленный фундамент печи прямо в полость топки устанавливают трубчатый теплообменник.
2. При дальнейшем укладывании рядов кирпичей оставляют места для входной и выходной труб устройства.
3. После завершения кладки печи подключают теплообменник к системе отопления, заполняют систему водой и производят пробную топку печи.

Видео материал предлагает ознакомиться с полезными советами по самостоятельному изготовлению теплообменника:

До сих пор мы говорили только о теплообменниках в системе водяного отопления

Обратим внимание и на другие сферы их применения

Как рассчитать модель для конкретного здания

Чтобы теплообменник был эффективен в системе отопления и горячего водоснабжения, при выборе необходимо учитывать следующие параметры:

• число потребителей;
• объем воды, необходимый 1 потребителю в сутки (для информации, согласно СНиП предел установлен в 120 литров на 1 человека);
• нагрев теплоносителя, в центральных сетях его температура составляет в среднем 60 градусов;
• устройство используется постоянно или будет отключаться – режим эксплуатации;
• средние температурные значения холодной воды зимой;
• допустимые тепловые потери, стандартное значение – 5%;
• число сантехнических приборов, к которым подключена ГВС.

Для расчетов потребуются и другие данные, в зависимости от ситуации и условий. Результатом данного расчета будет модель, которая сможет поставлять необходимые объемы горячей воды для конкретного жилища.