Теплообменник в системе отопления — назначение, виды, преимущества и недостатки
Теплообменник для отопления дачного дома или коттеджа, в которых присутствует котел и автономная система водяного обогрева, стремительно набирает популярность и становится неотъемлимым атрибутом комфорта. В статье мастер сантехник расскажет, что такое теплообменник в системе отопления.
В каждой ли системе отопления есть теплообменник
В системах отопления эти устройства не так популярны в нашей стране, как в других, там, где каждый пользователь может забирать столько тепла от общего источника, сколько ему требуется. Теплообменник играют ключевую роль в отоплении дома или дачи, а также везде, где есть необходимость регулировать температуру. Установка такого устройства в котельной позволяет автоматизировать работу всей системы и сэкономить.
В отопительном контуре в качестве теплоносителя может использоваться не только вода (хотя чаще всего все-таки умягченная с помощью комплексонов и омагниченная вода), это может быть антифриз, масло или другая жидкость, но даже если вода ни кто и не подумает брать воду прямо из системы отопления, эту ему обойдется очень дорого. Вот здесь и приходит на выручку теплообменник, который устанавливается в систему отопления и разделяет ее на две части, систему отопления от поставщика к потребителю и систему отопления самого потребителя.
Система отопления, в которой присутствует теплообменник, называется независимой. В котельных обменники устанавливаются для погодного регулирования, а также он снижает износ современных труб. Дело в том, что их сейчас делают из пластика, и максимальная температура, которую они могут выдерживать – 90 °C, при этом максимальный срок службы пластиковых труб, при такой температуре, составляет не более 5 месяцев. Как видите не много, хорошо, что и сильные морозы у нас так долго не держатся.
Если установить теплообменники, то это позволяет существенно экономить. Каждый жилец регулирует температуру по потребностям с помощью кранов на радиаторах в квартирах. Тепло можно увеличивать при сильных морозах и уменьшать при потеплении.
Теплообменник в домашнем отоплении
В системе отопления дома или дачи теплообменник играет ключевую роль. Если вы устанавливаете у себя такое устройство, то потом можно развернуть целую систему регулирования: для контроля температуры в разных комнатах, работы теплых полов и т.д.
Подключить теплые полы, обогрев ступеней и т.д. тоже не получится без теплообменника. Теплые полы забирают на себя большое количество горячей воды, оставляя соседние помещения в холоде. Кроме того, оптимальной температура носителя тепла для такого пола не должна быть выше 45 °C.
К теплообменнику проводят трубу с горячим носителем от котельной, а с другой стороны – внутреннюю систему с реле, контроллерами и т.д. Вы получаете не только контроль над температурой в помещении, использование этого устройства помогает прогревать дом более равномерно, стабилизирует давление в трубах, экономит энергию и продлевает срок службы труб. Такая двойная система, что тоже помогает сэкономить, во внутреннем контуре меньше теплоносителя, а значит, в котлах почти не образуется накипь, они могут служить гораздо дольше.
Кроме того, он сам по себе может служить источником для получения горячей воды: в один контур приходит горячий носитель, а к другому подводится водопровод. Это тоже способ сэкономить: на бойлерах и электроэнергии.
Виды теплообменников
По принципу работы их можно поделить на два типа:
-
Смесительные теплообменники — в них две жидкости разной температуры смешиваются друг с другом.
-
Поверхностные теплообменники — в них горячая и холодная среда не смешиваются напрямую, а теплообмен происходит через стенку.
Поверхностные агрегаты делятся еще на два типа:
-
Рекуперативные устроены так, что теплоносители в нем движутся по разным каналам, а обмен теплом происходит через стенку. И в каждой точке этой стенки направление теплового потока остается неизменным.
-
Регенеративные устроены так, что тепло передается от одной и той же поверхности нагрева, с которой попеременно контактируют два потока, меняющих свое направление.
Рекуперативный тип — самый распространенный. К нему относятся следующие виды теплообменников:
-
Кожухотрубные — состоят из кожуха, к торцу которого приварены трубные решетки с пучками труб. Решетки закрываются крышками при помощи болтового соединения. Теплоноситель в кожух поступает через штуцер, при этом одна среда течет по трубам, а другая — по пространству между ними.
-
Погружные — представляют собой бак, заполненный жидкостью, в который погружается змеевик — по нему курсирует вторая среда.
-
Спиральные — состоят из двух металлических листов, которые приварены к перегородке и свернуты в спираль. Такие агрегаты могут работать с вязкими жидкостями.
-
Пластинчатые — состоят из сжатых штампованных пластин с уплотнениями. Их рельефная поверхность образует каналы, по которым циркулируют носители тепла.
Устройство пластичтатого теплообменника
В основном, в независимых системах отопления применяются пластинчатые теплообменники. По сути это набор пластин, которые перфорируют для увеличения полезной площади и собирают между двумя плитами. Одна из этих плит обычно не фиксируется, ее можно снимать и увеличивать или уменьшать количество пластин. Бывают с спаянные варианты, их уже не получится разобрать.
Между пластинами движутся горячая и холодная жидкости, попеременно. Конструкция герметична благодаря уплотнителям.
Пластины – это основа конструкции. Их изготавливают из стали, меди, графита, титана и других сплавов, толщиной от 0,4 до 1 мм., в зависимости от давления. Выбор материала обусловлен условиями использования, а также выбором среды, которой будет заполнено устройство. Чаще всего это вода, но бывают случаи, например, на специализированных производствах, где используют агрессивные жидкости.
Пластины плотно прижаты друг к другу и образуют каналы благодаря специальной штамповке. На одной стороне каждой пластины есть пазы, куда вставляются резиновые прокладки для герметичности. Устанавливают их одну за одной, в поворот 180 градусов.
В пластинах по 4 отверстия. Два из них служат для провода и отвода горячей и нагреваемой жидкости. Два другие предотвращают смешение жидкостей за счет дополнительной изоляции. Если произойдет прорыв одного из контуров, то дренажные пазы также препятствуют смешиванию.
Благодаря тому, что греющая и нагреваемая среды направлены в противоток друг другу, и извилистому течению (по каналам) эффективность обмена теплом увеличивается, а гидравлическое сопротивление относительно небольшое.
Существует 2 варианта компоновки пластин:
-
Одноходовая. Теплоноситель разделяется на потоки, которые текут параллельно друг другу по пластинам, потом сливается и выходит в порт для вывода.
-
Многоходовая. Здесь устройство чуть сложнее. Благодаря перегородкам в разделительных пластинах теплоноситель течет по каналам, как бы разворачиваясь в пластине.
Плюсы и минусы пластинчатых теплообменников
Пластинчатые теплообменники обладают хорошими характеристиками теплопередачи при компактных размерах. Еще один плюс таких устройств в том, что их можно изготовить индивидуально под конкретные задачи.
К плюсам однозначно можно отнести:
-
Вариативность размеров теплообменника и материалов, из которых его изготавливают.
-
Возможность изменять количество пластин и таким образом изменять мощность устройства (если речь не идет о запаянном теплообменнике).
-
Высокий процент теплопередачи.
-
Низкие теплопотери.
-
Простота использования: устройство легко разобрать, промыть, собрать.
-
Легко ремонтировать: пластины, в случае необходимости, можно просто заменить.
Но есть у пластинчатых теплообменников и минусы:
-
Давление в пластинах не должно превышать 25 кг/кв.см.
-
Температура не выше 200 °C.
-
Если теплоноситель содержит большое количество примесей, на пластинах будет быстро образовываться накипь.
Некоторые изменения в конструкции повышают прочность и КПД пластинчатых теплообменников. Есть такие разновидности, как пластинчато-ребристый и оребренно-пластинчатый. В первом варианте между разделительными пластинами проложены ребристые насадки. Подходят для теплообмена с неагрессивными жидкостями и газом. Оребренно-пластинчатые актуальны при газовом отоплении.
Как рассчитывают теплообменники
Не существует типовых моделей теплообменных аппаратов — каждый из них собирается под конкретные условия эксплуатации. Материал, количество пластин, размеры, технические характеристики — все это определяется на основе расчетов. Расчетами занимается компания-поставщик оборудования. Все, что нужно заказчику — предоставить необходимые данные.
Для расчетов нужно знать следующие параметры:
-
Температура в контуре теплосети;
-
Температура внутреннего контура;
-
Тепловая нагрузка;
-
Рабочее давление;
-
Допускаемые потери напора.
Эти данные можно запросить у теплоснабжающей организации. Тепловую нагрузку можно легко рассчитать, если известны остальные показатели. При выборе стоит учитывать и другие параметры, такие как вязкость и загрязненность рабочей среды. Неправильные подсчеты могут серьезно повлиять на срок службы, эффективность и стоимость оборудования.
Возможные ошибки при выборе:
-
Неверно учтены основные параметры. Ошибки в подсчетах, неточности при заполнении заявки, взятые «на глазок» цифры — все это приводит к тому, что прибор чаще загрязняется и раньше выходит из строя.
-
Материалы не соответствуют теплоносителю — в слишком агрессивной или загрязненной среде они будут быстро разрушаться и засоряться.
-
Некорректный запас площади на загрязнение (он должен оставаться в диапазоне 10-50%), при слишком низком значении прибор будет быстро покрываться накипью, при слишком высоком — будет работать неэффективно.
Эксплуатация и уход за пластинчатыми теплообменниками для отопления
Температура и давление системы отопления должны соответствовать параметрам теплообменника. Резкие перепады этих показателей негативно влияют на его работу, а если они меняются плавно, то устройство прослужит максимально долго.
Благодаря рельефным каналам пластинчатые теплообменники самоочищаются за счет турбулентных завихрений потоков. Но даже такие устройства периодически нужно чистить. Если мощность прибора заметно снизилась, появились значительные перепады давления, посторонние шумы — это свидетельствует о загрязнении пластин.
Чистка теплообменника может производиться двумя методами:
-
Безразборным — с использованием специальных жидких очищающих составов.
-
Разборным — с разборкой прибора и механической чисткой щетками.
Популярные производители теплообменников
В России особенно востребованы ТО следующих марок:
-
«Ридан» — ведущий российский производитель теплообменного оборудования, на рынке с 1998 года. Продукция этой марки славится надежностью и долговечностью.
-
Alfa Laval — шведская компания, один из лидеров отрасли. С 1992 года производит ТО на российском заводе.
-
Danfoss — еще один мировой бренд, с 1993 года присутствующий на российском рынке. Одна из особенностей этой датской марки — она выпускает много типовых аппаратов самых разных размеров.
-
Swep — мировой лидер по производству паяных пластинчатых теплообменников для промышленных нужд.
В продолжение темы посмотрите также наш обзор Паровое отопление — принцип работы, достоинства и недостатки